[发明专利]具有DC补偿的光学检测器

说明书

本申请公开了具有DC补偿的光学检测器。一种光学检测器(100)，用于将光信号转换为电信号。光学检测器(100)包括适于接收光信号并将其转换为电信号的光敏器件(110)。光学检测器还包括偏置补偿电路(120)和控制电路(140)。控制电路(140)适于控制偏置补偿电路维持跨光敏器件(110)的偏置水平高于最小偏置水平，并且适于当通过光敏器件(110)的电流如此小以至于跨光敏器件(110)的偏置水平高于最小偏置水平时使偏置补偿电路(120)断开。

技术领域

本发明涉及光学检测器的领域。更具体地，它涉及适于增加可以被容忍的背景光水平的范围的光学检测器的领域。

背景技术

光电二极管需要被偏置到大于某个最小偏置水平的电压以按照指定来工作。无源偏置系统(即，简单的电阻器到接地)向信号添加最少的噪声，但是如果背景光生成大量的DC偏置电流，则无法维持所要求的偏置水平。如果使用较小的电阻器，则其可以容忍更多背景光，但是信号通带的下频率转角将增加并且总信号带宽将减小。这使得对信号脉冲的系统响应显著降级，并且降低了系统准确地检测小信号的能力。

图1中所图示的传统偏置方案使用串联电阻器来偏置光电二极管。此种方案是简单且低噪声的，但是在DC电流很大时维持偏置电压方面做得不好。

电阻器和电容器值受物理尺寸约束限制并且受所要求的最小转角频率限制。对于高通RC滤波器，可以将传输函数表述如下：

该传输函数在图2中图示。曲线“拐点”处的半功率点被称为断点。

在图1中所图示的方式中，高通转角频率由偏置电阻器和DC阻塞电容器支配。电容器的物理尺寸限制了可以被用于该滤波器的最大电容。对于特定的管芯尺寸，例如100pF的电容器。可存在例如多个(例如，16个)二极管的阵列。这16个100pF的电容器可例如占据总管芯面积的约10％。因此，此种分析假定电容器由于面积约束而不能大于100pF。为了利用100pF的电容器实现标称200kHz的转角频率，偏置电阻器必须至少为8千欧姆。如果背景光生成多于125μA，则偏置电压将被降低1V，这可能使性能降级。鉴于现有技术光电二极管偏置电路的电阻和电容的有限的设计选择，存在对能够应对变化的背景光水平的光学检测器的需要。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供一种在变化的背景光水平下良好的光学检测器。

上述目标通过根据本发明的方法和设备来实现。

在第一方面，本发明的实施例涉及一种用于将光信号转换为电信号的光学检测器。光学检测器包括适于接收光信号并将其转换为电信号的光敏器件。光学检测器还包括偏置补偿电路和控制电路。控制电路适于控制偏置补偿电路维持跨光敏器件的偏置水平高于最小偏置水平，并且控制电路适于当通过光敏器件的电流如此小以至于跨光敏器件的偏置水平高于最小偏置水平时，使偏置补偿电路断开。

根据本发明的实施例的光学检测器的优势在于，它可以在变化范围的背景光水平下操作。这通过监测背景光水平并且通过仅在偏置水平越过阈值时接通有源偏置来实现。因此，在正常操作期间，没有额外的噪声被生成，并且通过当偏置水平将以其他方式降低到超出最小偏置水平时接通偏置补偿电路来维持偏置水平。

在本发明的实施例中，光学检测器包括偏置电阻器，并且偏置补偿电路包括可变电流源，并且光敏器件同可变电流源与偏置电阻器的并联连接电气地串联连接。光学检测器还包括具有第一端子和第二端子的电容器，该电容器的第一端子同偏置电阻器与光敏器件之间的节点电气地连接。由此，控制电路适于控制通过电流源的电流，以使得在操作期间可以保持光敏器件的偏置水平高于最小偏置水平，并且使得在操作期间，当通过光敏器件的电流如此小以至于跨光敏器件的偏置水平高于最小偏置水平时，没有电流流过电流源。

在操作期间，将由光敏器件观察到的光信号被转换为可以在电容器的第二端子处被检测到的电信号。光信号可例如包括光脉冲。