Optik Alıcılar için Fotodiode Seçimine Giriş

Uygun fotodiode'yi seçmek optik alıcı sistemlerinin tasarımında kritik bir karardır, doğrudan hassaslığı, bant genişliğini ve genel sistem performansını etkiler. Optik alıcılar fiber optik iletişimden ve LIDAR'dan tıbbi tanı ve çevresel izlemeye kadar çeşitli uygulamalarda kullanılır. Her uygulama, mühendislere ve araştırmacılara fotoğraf makinesi, sinyal gücü, yanıt hızı ve gürültü toleransı sağlar.

Bilgili bir seçim yapmak için, fotodiodes'un temel fiziklerini anlamak önemlidir -özellikle fotodiode'nin sorumsuzluğu, karanlık mevcut, kapasitance ve lineerliği tüm alıcının yükselteç ve devre tasarımı ile etkileşim kurmak ve gerçek dünya sistemi gereksinimlerine uygun fotoğrafsal özellikleri nasıl dönüştürmüşlerdir.

Fotodiode Selection'daki Anahtar Faktörler

Dalga uzunluğu Hassasiyet ve Spetral Yanıt

Fotodiode'nin spektral cevabı, uygulamada kullanılan dalga boyun eğlendiricileri ile uyumlu olmalıdır. Silikon fotodiodes, yakınlardaki renkli veya 1550 nm) bir şekilde, yüksek çözünürlükte bulunanlar için ideal hale getirir.

Sorumluluk ve Kuantum Verimliliği

Optik güç, özellikle düşük ışık koşullarında ölçülüyor (A/W), fotodiode'nin olay optik gücünü foton haline nasıl etkili hale getireceğini ölçmekte ve özellikle 900 nm'de bir şarj cihazına sahip olabilir.

Band genişliği ve Yanıt Hız

Bu nedenle, yüksek hızlı veri iletimi için, gigabit Ethernet veya koherent fiber optik sistemler, fotodiode bant genişliği ve artış zamanı önemlidir. Band genişliği fotodiodes'un yüksek kapasitelilik ve taşıyıcı zamanı ile çalışır, yavaş alıcı devreleri azaltan veya bütünleme uygulamaları için tasarlanmıştır.

Dark Current and Gürültü

Karanlık akım - ışık yokluğunda bile akan küçük mevcut - optik alıcılarda birincil bir gürültü kaynağı. Aşağı karanlık akım, düşük ışık algılaması için sinyal-noise oranı (SNR) geliştirir. Dark current, üst düzey sıcaklık artışı sağlar ve daha yüksek çözünürlükte, optik gürültüden etkilenen bir optik ses ve görüntüyü kullanarak görüntüleyicileri azaltır.

Aktif Alan ve Capacitance

Bir fotodiode aktif alanı hem ışık toplama verimliliğini hem de kapasitance etkiler. Daha büyük bir aktif alan, ücretsiz uzay sistemleri veya uyum zor olduğunda, ancak yüksek hızda eğimli ve bantlı bir motorla küçük aktif bir alan sunar.

Linearity ve Dynamic Range

Linearity – Olay optik güç ve fotocurrent arasındaki tutarlılık – fotodiodasyon sistemleri ve ölçüm aletlerinin analog modülasyon sistemleri ve ölçüm aletleri ile kritik öneme sahip.P fotodiodes tipik olarak birkaç on yıl boyunca mükemmel doğrusal gücü gösterirken, APDs uzay-şarıt etkileri nedeniyle yüksek enerji seviyelerinden hem de yakındaki yüzeylerden gelen güçlü yansımaları ortaya çıkarabilir.

Optik Alıcı Uygulamaları için Fotodiodes türleri

PIN Photodiodes: Yüksek Hız İletişim için Çalışma

PIN (Positive-Intrinsic-Negative) fotodiodes, optik iletişim sistemlerinde en yaygın tiptir. Yapıları p-tip ve n-tip bölgeleri arasındaki kalın bir platomik katman içerir, ki bu tasarım, düşük akım ve mükemmel doğrusallık sağlar.

Avalanche Fotodiodes (APDs): İç Lig ile Hassasiyet

APDs, yüksek ters kutup gerilimlerinde çalışır (200 V) yüksek elektrik alanı, çarpmayı tetikleyen, iç kazanç elde etmek (multiplication faktörü M 10'dan fazla gürültü faktörü ile karakterize edilir) Bu, aşırı gürültü faktörüyle karakterize etmek için APDs'in aşırı düşük ışık seviyelerini tespit etmek için idealini sağlar, çünkü çok düşük ısı faktörü çok daha yüksek sıcaklık kontrol eder ve foton sayımını kullanarak özellikle de yüksek çözünürlükte kullanılır.

Silikon Fotodiodes: Maliyet-Effective Visible Light Sensing

Silikon fotodiodları, görünür ve yakın gözle görülür bir şekilde kullanılan en yaygın kullanılan tiptir ve oda sıcaklığında yaklaşık 1100 nm'ye kadar tespit edilirler - tüketici elektroniklerinde (büyük ışık, yakın sensörler) ve tıbbi cihazlar (pulse oximeters, fotodiodes) ve endüstriyel güvenlik (daha az) ve görünür spektrumda 1100 mm'lik iyi repontoksitler için gerekli olan fotodiyomlar.

GaAs Photodiodes: Yüksek Performansı

Indium galium arsenide (InGaAs) fotodiodes, yakın çevrede uygulamalar için standarttır (900-1700 nm). Yüksek sorumluluğa, düşük karanlık akım (picoamps for small-area devices), ve yüksek hıza sahip, onlara güvenilirlik için gerekli olan, ancak uzun süreli ağlarda ve optik telekomünikasyon ağları için gerekli olan hassas sistemlerde nm tespit edilebilir.

Schottky ve Metal-Semiconductor-Metal (MSM) Photodiodes

Özel yüksek hızlı veya ultraviyole uygulamaları için Schottky fotodiodes ve MSM fotodiodes eşsiz avantajlar sunar. Schottky fotodiodes, p-n bir kesit olmadan metal-semik bir araya gelmek için metal-semik bir araya gelir. Genellikle 100 GHz'yi genişletiyor ve yüksek frekanslı analog bağlantılarda kullanılıyor. MSM fotodiodes, yarı iletken bir metal elektrotlardan oluşur.

Uygulama-Specificceptations

Optik İletişim Alıcıları

Fiber optik iletişim sistemlerinde, fotodiode, uzun zamandır kullanılan düşük camlı pencerelerle (PON) bağlantı bütçelerinin daha yüksek hassasiyet talep ettiği anlamına gelir.For coherent detect, fotodiodes are common for short-reach and low polarization- independent, data center) where the active area is small (under 100 μm) to metering the lower hatchgersepsiyonel datas.For combata have perfect lineerity and low polarization- independent lost.

LIDAR ve Zaman-Flight Sensörleri

LIDAR sistemleri, düşük çözünürlükte sinyale sahip olan fotodiodların zayıf, hızlı pulsların lazer ışığından etkilenmesini gerektirir.APDs aşırı düşük çözünürlükte olan, yüksek zaman çizelgesine sahip olmalıdır.Tek-fotoğraflar (SPADs) - Geiger modunda çalışan APDs'in uzunluğu - son derece düşük ışık için derece düşük çözünürlükte bir foton sayımı için derece düşük çözünürlüktedir.

Tıbbi ve Spektroskopik Sensing

Glimetreler ve kan şekeri monitörleri gibi tıbbi cihazlarda fotodiodlar, biyolojik dokuların belirli absürt dalgalarında çalışmalıdır.Pozitoz görüntüleme ve akış cytometrisi için kullanılan kırmızı ve kızılötesi LEDler için yaygındır, geniş bir spektral aralıkta yüksek hassasiyet gereklidir - birçok projeksiyon cihazının da gerekli olan tıbbi uygulamalar için önemlidir.

Çevre ve Endüstriyel İzleme

Gaz sensörleri, duman detektörleri ve su kalitesi monitörleri, belirli dalgalarda absorpsiyon veya saçılma tespit etmek için fotodiodları kullanır. Örneğin, karbon dioksit dedektörleri genellikle IR kaynağı ve bir InSb veya PbSe fotodiode, 4.3 μm'ye yakın çalışır. Geniş bant fotodiodlar, silikon μm (SiC) veya galonfer aşırılık (GaN) ile dirençler arasındaki büyük ölçüde hassas ışık yakalamaya yardımcı olur.

Performans Ticareti -Offs and Alıcı Entegrasyon

Band genişlik vs. Hassasiyet

Temel bir ticaret-off fotodiode bant genişliği ve duyarlılığı arasında var. Yüksek bant genişliği küçük kapasiteli bir alan gerektiriyor, ancak daha küçük bir aktif alan sağlar. Ancak daha küçük alan, hassas bir şekilde çalışır. Alıcı tasarımı için mühendisler yüksek girişli bir TIA kullanarak düşük giriş gürültüsünü telafi edebilir, ancak bu düşük çözünürlükte bir bağlantı sağlar. APDs, yüksek gürültüyü korurken hassas bir şekilde gerekli olan gürültüyü hafifletebilir.

Dark Current vs. Sıcaklık

Siyah akım çiftleri, yüksek sıcaklıklar için yaklaşık 10-12°C'yi tercih ediyor ve her 6-8°C'yiGaAs ve Germanyium'da işletmek için, otomotiv LIDAR veya açık sensörler gibi, karanlık akım yüksek sıcaklıklarda gürültüyü üst düzeye çıkarabilir. Tasarımcılar, çok daha düşük bir karanlık akım veya sıcaklık tazminatını korumak için bir fotoğrafçı kontrol edebilir - örneğin, karanlık akım sensörleri izlemek ve dijital olarak kaldırmak veya fotodiode için bir termoelektrik kullanarak. APDs sergileyerek, yüksek sıcaklıklarla ilgili bir dönüşüm kontrol edebilir.

Optik Coupling ve Ambalaj

Fotodiode'ye darbe ışığı yöntemi önemli ölçüde performansa yol açabilir. Fiber-optik alıcılar için, bir lens veya doğrudan ancakt-çiftli fiber ile birlikte, yüksek frekanslarda bant genişliğini kısıtlayan bir pencere, lens veya top lensi kullanabilir. yüksek hızda veri bağlantıları için, bir kobiyal paket - önbellekli bir paket genellikle yanlış tasarım ve en aza indirmek için kullanılır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Optik bir alıcı için doğru fotodiode'yu seçmek, sıcaklık ve paketleme gibi çevresel faktörlere yol açıyor. PIN fotodiodes, en yüksek çözünürlükte, ses ve fiziksel kısıtlamalara sahip olmak için dengeli bir seçim sunuyor.APDs, fotoğraflı senaryolar için gerekli olan hassas senaryolar için gerekli olan en uygun maliyetlidir.