Koje su tipične konfiguracije sklopova za digitalnu fotodiodu?

Bok tamo! Kao dobavljač digitalnih fotodioda, iz prve sam ruke vidio kako te malene, ali moćne komponente igraju ključnu ulogu u svim vrstama primjena, od optičke komunikacije do industrijskih senzora. Danas ću vas provesti kroz neke od tipičnih konfiguracija krugova za digitalnu fotodiodu.

Osnovni rad digitalnih fotodioda

Prije nego što zaronimo u konfiguracije strujnih krugova, idemo na brzinu proći kroz rad digitalnih fotodioda. Fotodioda je poluvodički uređaj koji pretvara svjetlost u električnu struju. Kada fotoni udare u aktivno područje fotodiode, stvaraju parove elektron - šupljina. Ti se parovi zatim razdvajaju ugrađenim električnim poljem fotodiode, generirajući struju koja je proporcionalna intenzitetu upadne svjetlosti.

U digitalnim aplikacijama obično smo zainteresirani za otkrivanje prisutnosti ili odsutnosti svjetlosti, a ne za mjerenje točnog intenziteta svjetlosti. Dakle, izlaz fotodiode treba biti uvjetovan za proizvodnju digitalnog signala (visokog ili niskog) koji se može lako obraditi drugim digitalnim sklopovima.

Uobičajene konfiguracije krugova

Fotodioda u fotonaponskom načinu rada

U fotonaponskom načinu rada, fotodioda radi bez vanjskog prednapona. Kada svjetlost pogodi fotodiodu, ona stvara napon na svojim terminalima, slično maloj solarnoj ćeliji. Struja koja teče kroz otpornik opterećenja određena je strujom kratkog spoja fotodiode.

Prednost ove konfiguracije je njezina jednostavnost i niska potrošnja energije. Međutim, izlazni napon je relativno mali, obično u rasponu od nekoliko stotina milivolti. Ovo može zahtijevati dodatne stupnjeve pojačanja kako bi bili kompatibilni s digitalnim sklopovima.

Evo jednostavnog primjera sklopa. Fotodiodu spajamo izravno na otpornik opterećenja. Kada svjetlo obasja fotodiodu, struja teče kroz otpornik, stvarajući pad napona. Taj se napon može unijeti u komparator. Ako napon prijeđe određeni prag, komparator emitira visoki digitalni signal; inače emitira slab signal.

Fotodioda u fotokonduktivnom načinu rada

U fotovodljivom načinu rada, na fotodiodu se primjenjuje reverzni prednapon. Ovo povećava širinu osiromašenog područja, što zauzvrat smanjuje kapacitet spoja i poboljšava brzinu odziva fotodiode.

Obrnuta prednapona također povećava električno polje preko osiromašenog područja, uzrokujući da generirani parovi elektron-rupa budu brže uklonjeni. Kao rezultat toga, fotodioda može reagirati na svjetlosne signale velike brzine, što je čini prikladnom za visokofrekventne primjene poput optičke komunikacije.

Za pretvaranje fotostruje u napon obično koristimo transimpedancijsko pojačalo (TIA). TIA uzima ulaznu struju iz fotodiode i pretvara je u izlazni napon. Pojačanje TIA određeno je povratnim otpornikom.

Na primjer, u našemTO46 155M - 10G APD - TIAproizvoda, lavinska fotodioda (APD) se koristi u fotovodljivom načinu rada s TIA. APD ima visoko unutarnje pojačanje, koje pojačava fotostruju prije nego što stigne do TIA. To omogućuje detekciju slabih optičkih signala visoke osjetljivosti.

PIN fotodioda s TIA konfiguracijom

PIN fotodioda je vrsta fotodiode s intrinzičnim (i) slojem između poluvodičkih slojeva p - i n - tipa. Unutarnji sloj povećava širinu osiromašenog područja, što poboljšava kvantnu učinkovitost i brzinu odziva fotodiode.

U kombinaciji s TIA, PIN fotodioda može pružiti brz i linearan odgovor na svjetlosne signale. TIA pretvara fotostruju iz PIN fotodiode u napon koji se dalje može obraditi digitalnim sklopovima.

NašeTO46 155M - 10G PIN - TIAproizvod je izvrstan primjer ove konfiguracije. Dizajniran je za aplikacije velike brzine optičke komunikacije, gdje je ključna brza i točna detekcija digitalnih optičkih signala.

Lavinska fotodioda (APD) s TIA konfiguracijom

APD je posebna vrsta fotodiode koja može osigurati unutarnje pojačanje kroz učinak množenja lavine. Kada foton stvori par elektron-šupljina u APD-u, visoko električno polje u osiromašenom području uzrokuje da nositelji dobiju dovoljno energije za stvaranje dodatnih parova elektron-šupljina kroz udarnu ionizaciju. To rezultira umnožavanjem fotostruje.

Kombinacija APD-a s TIA-om može značajno poboljšati osjetljivost fotodetektora. Međutim, APD zahtijevaju veći prednapon u usporedbi s PIN fotodiodama, a također imaju i više razine šuma. Ali u aplikacijama gdje je otkrivanje vrlo slabih optičkih signala ključno, kao što je optička komunikacija na velike udaljenosti, prednosti korištenja APD-a nadmašuju nedostatke.

Odabir prave konfiguracije kruga

Izbor konfiguracije strujnog kruga ovisi o nekoliko čimbenika, kao što su zahtjevi aplikacije, vrsta fotodiode i dostupno napajanje.

Ako radite s aplikacijom male snage i brzine, fotonaponski način rada mogao bi biti dobar izbor. Jednostavan je i ne zahtijeva vanjski prednapon.

Za aplikacije velike brzine poput optičke komunikacije obično se preferira fotovodljivi način rada s TIA. Hoćete li odabrati PIN fotodiodu ili APD ovisi o potrebnoj osjetljivosti. Ako trebate detektirati vrlo slabe signale, pravi je APD s TIA.

Zaključak

U zaključku, postoji nekoliko tipičnih konfiguracija sklopova za digitalne fotodiode, svaka sa svojim prednostima i nedostacima. Kao dobavljač digitalnih fotodioda, nudimo širok raspon proizvoda, uključujućiTO46 155M - 10G APD - TIAiTO46 155M - 10G PIN - TIA, kako bi se zadovoljile potrebe različitih aplikacija.

Ako ste u potrazi za digitalnim fotodiodama ili imate pitanja o konfiguracijama strujnih krugova, slobodno nam se obratite. Ovdje smo da vam pomognemo pronaći najbolje rješenje za vaš projekt. Hajdemo porazgovarati o vašim zahtjevima i vidjeti kako možemo raditi zajedno!

Reference

• Sze, SM i Ng, KK (2007). Fizika poluvodičkih elemenata. Wiley.
• Palik, ED (ur.). (1998). Priručnik o optičkim konstantama čvrstih tijela. Akademski tisak.