[发明专利]光电二极管的击穿电压测试

说明书

本公开涉及一种能够测试光电二极管的击穿电压的模拟前端电路、一种测试光电二极管的击穿电压的方法以及一种用于激光雷达的接收电路。根据本公开，在控制器的控制下，通过电压型DAC调节光电二极管的阳极处的电压，和/或通过调节光电二极管的阴极处的供电电压，来独立地调节各个通道的光电二极管的反向偏置电压，从而可以完成对光电二极管的击穿电压的测试，并且能够将光电二极管调节到最佳工作电压。

本案是基于2019年8月26日提交的专利申请号为201910788935.3、发明名称为“光电二极管的击穿电压测试”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本公开内容总体上涉及光电传感器的技术领域，并且具体涉及光电二极管的击穿电压的测试，特别是一种能够测试光电二极管的击穿电压的模拟前端电路、一种测试光电二极管的击穿电压的方法以及一种用于激光雷达的接收电路。

背景技术

雪崩光电二极管(APD)是一种P-N结型的光检测二极管，其中利用了载流子的雪崩倍增效应来放大光电信号以提高检测的灵敏度。再加上一个较高的反向偏置电压后(在硅材料中一般为100-200V)，利用电离碰撞(雪崩击穿)效应，可在APD中获得一个大约100的内部电流增益。某些硅APD采用了不同于传统APD的掺杂等技术，允许加上更高的电压(1500V)而不致击穿，从而可获得更大的增益(1000)。一般来说，反向电压越高，增益就越大。

图1图示了现有技术中的光电二极管的输出电流I和反向偏置电压V的关系示意图。由图可见(第三象限)，随着反向偏置电压的增加，刚开始光电流基本保持不变，但当反向偏置电压增加到一定的数值时，光电流急速增加，最后这个光电二极管被击穿，这个电压称为击穿电压U_B。在图1中，示出了不同光照条件下的三条I-V特性曲线，其中，标记为“无光照时”的I-V特性曲线是对应光电二极管的暗电流的I-V特性曲线。暗电流指在没有光照射的状态下，在光电二极管中流动的电流。光电二极管的击穿电压与暗电流直接相关。例如，在APD的电压调试中，业内将暗电流Id＝10uA时所对应的反向偏置电压看作是该APD的击穿电压U_B。

在使用光电二极管作接收端的光接收模块生产过程中，正确的设置光电二极管工作点才能保证光接收模块的灵敏度。合理的光电二极管反向工作电压Vapd(代表最佳灵敏度)通常与光电二极管的击穿电压U_B紧密相连(通常Vapd在击穿电压U_B附近)，所以找到光电二极管的U_B对设置光电二极管的最佳工作电压至关重要。

光电二极管出厂时，每个光电二极管的击穿电压会有所不同，产品说明书中会有光电二极管的参考击穿电压和一个误差范围，比如，光电二极管的击穿电压为200V，误差范围为±10V，也就是说每个光电二极管的实际击穿电压有所不同，但是应该都在190V到210V的范围内。

当前，在实际使用光电二极管之前，要对每一片光电二极管的击穿电压进行测量，然后按电压范围进行分类。这样的工作任务通常由光电二极管的采购商或者使用厂商完成，该工作任务例如包括：在对每一片光电二极管的击穿电压进行测量后，将这些光电二极管分为许多组，每组的实测击穿电压在一定电压区间内，比如2V或3V。从而，对于前述的参考击穿电压为200V、误差范围为±10V的一批光电二极管，若每2V的区间就分为一档，总共需要10档。在实际使用和进行系统设计时，每一档内的光电二极管被认为具有一致的击穿电压。

现有的光电二极管击穿电压的测量方法是：将光电二极管板通过接插件连接到一个测试的公板上，公板上有每个光电二极管对应的测试区，这样可以通过在每个光电二极管对应的测试区进行扎针测试的方法给该光电二极管两端加不同的偏置电压，扫描这个偏置电压就可以得到I-V特性曲线，测得在暗电流等于规定数值(对于APD是10uA)的反向偏置电压，从而获得该光电二极管的实测击穿电压。