APD特性及调试方法

2020 4 19 1 目录 简单介绍基本概念介绍APD的特性介绍APDVoltage的调试方法 2020 4 19 2 基本概念 APD AvalanchePhotodiode是光接收机器件 主要作用是检测经过传输的微弱光信号 并放大 整形 再生成原传输信号 利用光电效应把光信号转变为电信号的光电检测器件 2020 4 19 3 基本概念 APD的工作原理 通过光电效应产生电子和空穴在高电场区运动时被迅速加速 可能多次碰撞其它原子产生的结果使载流子迅速增加 反向电流迅速加大 形成雪崩倍增效应 选择使用APD的原因主要为通过利用雪崩倍增效应使光电流得到倍增后的接收高灵敏度 APD优点 灵敏高 响应快 噪声小 成本低和可靠性高 2020 4 19 4 基本概念 APD工作条件 需要有一定的反向偏压才能产生相应的倍增效应APD的光电流Iop R PinM Iop IoIo为初始的光电流 Iop为倍增后的光电流APD存在击穿电压Vbr 当Vapd Vbr时 M为 此时雪崩倍增噪声也变得非常大 这种情况为APD击穿 当然使用时Vapd Vbr 2020 4 19 5 TypicalDark CurrentandGainvsBias VoltageforAPDChip APD偏压为小于20V时 APD没有产生倍增效应 即M 1 当Voltage增大时 APD则开始产生倍增效应 同时暗电流也随之增大 2020 4 19 6 TemperaturedependenceofBreakdownvoltage APD击穿电压随温度变化而变化 当温度升高时 Vbr也加大 结果使固定下的APD的平均雪崩增益随温度而变化 2020 4 19 7 GainVsInputOpticalPower 图表说明当输入的光功率增大时 APD的Gain则变小 2020 4 19 8 dbm和mw的换算 将mW转算为dBm的分式假设P为功率 单位为mW dbm 10 logP 1mW已知输入 30dBm 求转算后为多少mW 30 10 logP即logP 30 10 3P 10 3mW 0 001mW 1uW 2020 4 19 9 dbm和mw的转换对应表 2020 4 19 10 Sensitivityvs APDBiasVoltage APD偏压增大时 接收灵敏度越来越好 当APD接收灵敏度为最佳点时 对应的APD偏压不是击穿电压 而是比击穿电压小 当电压超过j最佳电压点越靠近击穿电压时 接收灵敏度越变越差 最佳工作点 2020 4 19 11 Sensitivityvs APDGain APD特性表明Gain并非越大越好 而是在Gain约为10左右时 APD的接收灵敏度为最佳点 最佳工作点 2020 4 19 12 APDVoltage工作区域设定 根据APD的特性 Gain M 10 Vapd Vbr时APD的接收灵敏度为最佳 基于考虑APD在实际工作中的安全风险 则将APD的工作区域设定在ZZZ之间 2020 4 19 13 APDVoltage工作区域设定 根据APD的特性 Gain M 10 Vapd Vbr时APD的接收灵敏度为最佳 基于考虑APD在实际工作中的安全风险 则将APD的工作区域设定在ZZZ之间 2020 4 19 14 了解APD特性后 得知APD偏置电压与Gain有相应的关系 Gain并不是越大越好 而是在10时APD为最佳接收灵敏度点 M Iop IoIop M Io在调试时 先给一定偏压后初判APD最大Iop是多少 要求目标设定在M 10 基于安全风险 根据情况会考虑将目标设定要M 10时 找到最佳的APD偏压 即当如果APD最大Iop都远远 10 M Io时 则将Gain设为M 10时的电流为调试电流 当APD最大Iop都靠近于10 M Io时 则会将调试电流减小用Gain设为M 8的电流为调试电流 当如果APD最大Iop没有远远大于又没有靠近于10 M Io时 则会将调试电流减小用Gain设为M 9的电流为调试电流 APDVoltage调试方法 2020 4 19 15 APDVoltage调试方法 经过RD工程师对APD评估发现APD偏压比击穿电压小 并给出个相应的经验值 都不会比Vbr 3V大 是以将Vbr 3V做为初判的Vapd电压 则M Iop Io Pin R Vapd Vbr 3 Pin R Vapd 10V APD典型的暗电流为1 25uA 在增益为10时接收灵敏度最佳 即Iop 12 5uA计算Iop及Io需要有一定的测试条件 如下表 2020 4 19 16 APDVoltage调试方法 2020 4 19 17 在 小功率 系统中每个dB都非常重要 特别要记住 3dB法则 每增加或降低3dB 意味着增加一倍或降低一半的功率 3dB 1 2功率 6dB 1 4功率 3dB 2 功率 6dB 4 功率例如 100mW的无线发射功率为20dBm 而50mW的无线发射功率为17dBm 而200mW的发射功率为23dBm 功率增加或降低相应的电流也就增加或降低 特别了解事项 2020 4 19 18 最初判定APD工作电流输入光功率为 30dBm 算出Iop后 再折算到 27dBm时的电流找到对应的APD调试电流 原因为判定APD电流与调试电压是两个工位操作 需进行对比检测两个工位输入光功率的差异 之后将工位合并 便将输入光功率为 27dBm后的光电流找对应的调试电流 不同的工作电流与对