Koje su tipične konfiguracije kola za digitalnu fotodiodu?

Hej tamo! Kao dobavljač digitalnih fotodioda, iz prve ruke sam vidio kako ove male, ali moćne komponente igraju ključnu ulogu u svim vrstama aplikacija, od optičke komunikacije do industrijskog senzora. Danas ću vas provesti kroz neke od tipičnih konfiguracija kola za digitalnu fotodiodu.

Osnovni rad digitalnih fotodioda

Prije nego što zaronimo u konfiguracije kola, hajde da brzo prođemo kroz način rada digitalnih fotodioda. Fotodioda je poluvodički uređaj koji pretvara svjetlost u električnu struju. Kada fotoni udare u aktivno područje fotodiode, stvaraju parove elektron-rupa. Ovi parovi su zatim razdvojeni ugrađenim električnim poljem fotodiode, stvarajući struju koja je proporcionalna intenzitetu upadne svjetlosti.

U digitalnim aplikacijama, obično smo zainteresovani za otkrivanje prisustva ili odsustva svetlosti, umesto da merimo tačan intenzitet svetlosti. Dakle, izlaz fotodiode treba biti kondicioniran da proizvede digitalni signal (visok ili nizak) koji se može lako obraditi drugim digitalnim kolima.

Uobičajene konfiguracije kola

Fotodioda u fotonaponskom načinu rada

U fotonaponskom načinu rada fotodioda radi bez vanjskog prednapona. Kada svjetlost udari u fotodiodu, ona stvara napon na njenim terminalima, sličan maloj solarnoj ćeliji. Struja koja teče kroz otpornik opterećenja data je strujom kratkog spoja fotodiode.

Prednost ove konfiguracije je njena 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 kolima.

Evo jednostavnog primjera kola. Fotodiodu povezujemo direktno na otpornik opterećenja. Kada svjetlost obasja fotodiodu, struja teče kroz otpornik, stvarajući pad napona. Ovaj napon se može dovesti u komparator. Ako napon pređe određeni prag, komparator emituje visok digitalni signal; u suprotnom, emituje nizak signal.

Fotodioda u fotokonduktivnom načinu rada

U fotokonduktivnom načinu rada, na fotodiodu se primjenjuje obrnuti napon. Ovo povećava širinu područja iscrpljivanja, što zauzvrat smanjuje kapacitet spoja i poboljšava brzinu odziva fotodiode.

Obrnuta pristranost također povećava električno polje u području iscrpljivanja, uzrokujući da se generirani parovi elektron-rupa brže izbrišu. Kao rezultat toga, fotodioda može reagirati na svjetlosne signale velike brzine, što je čini pogodnom za visokofrekventne aplikacije poput optičke komunikacije.

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

Na primjer, u našojTO46 155M - 10G APD - TIAproizvoda, lavinska fotodioda (APD) se koristi u fotokonduktivnom režimu sa TIA. APD ima visoko interno pojačanje, koje pojačava fotostruju prije nego što stigne do TIA. Ovo omogućava detekciju slabih optičkih signala visoke osetljivosti.

PIN fotodioda sa TIA konfiguracijom

PIN fotodioda je tip fotodiode sa intrinzičnim (i) slojem između p - i n - tipa poluvodičkih slojeva. Unutarnji sloj povećava širinu područja iscrpljivanja, što poboljšava kvantnu efikasnost i brzinu odziva fotodiode.

Kada se kombinuje sa TIA, PIN fotodioda može pružiti brz i linearan odgovor na svetlosne signale. TIA pretvara fotostruju iz PIN fotodiode u napon koji se može dalje obraditi digitalnim kolima.

NašTO46 155M - 10G PIN - TIAproizvod je odličan primjer ove konfiguracije. Dizajniran je za aplikacije velike brzine optičke komunikacije, gdje je brzo i precizno otkrivanje digitalnih optičkih signala od suštinskog značaja.

Avalanche Photodiode (APD) sa TIA konfiguracijom

APD je posebna vrsta fotodiode koja može obezbijediti interni dobitak kroz efekat lavine multiplikacije. Kada foton stvori par elektron-rupa u APD-u, visoko električno polje u oblasti iscrpljivanja uzrokuje da nosioci dobiju dovoljno energije da stvore dodatne parove elektron-rupa kroz udarnu jonizaciju. Ovo rezultira umnožavanjem fotostruje.

Kombinacija APD-a sa TIA može značajno poboljšati osjetljivost fotodetektora. Međutim, APD-i zahtijevaju veći prednapon u odnosu na PIN fotodiode, a također imaju i viši nivo šuma. Ali u aplikacijama u kojima je otkrivanje vrlo slabih optičkih signala ključno, kao što je optička komunikacija na daljinu, prednosti korištenja APD-a su veće od nedostataka.

Odabir prave konfiguracije kola

Izbor konfiguracije kola zavisi od nekoliko faktora, kao što su zahtevi aplikacije, tip fotodiode i dostupno napajanje.

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

Za aplikacije velike brzine kao što je optička komunikacija, obično se preferira fotokonduktivni način rada sa TIA. Da li ćete izabrati PIN fotodiodu ili APD zavisi od zahtevane osetljivosti. Ako trebate otkriti vrlo slabe signale, APD sa TIA je pravi način.

Zaključak

U zaključku, postoji nekoliko tipičnih konfiguracija kola za digitalne fotodiode, od kojih svaka ima svoje prednosti i nedostatke. Kao dobavljač digitalnih fotodioda, nudimo širok spektar proizvoda, uključujućiTO46 155M - 10G APD - TIAiTO46 155M - 10G PIN - TIA, da zadovolji različite potrebe aplikacija.

Ako ste na tržištu za digitalne fotodiode ili imate bilo kakva pitanja o konfiguracijama kola, ne ustručavajte se kontaktirati. Tu smo da vam pomognemo da pronađete najbolje rešenje za vaš projekat. Hajde da popričamo o vašim zahtevima i da vidimo kako možemo da radimo zajedno!

Reference

• Sze, SM, & Ng, KK (2007). Fizika poluvodičkih uređaja. Wiley.
• Palik, ED (ur.). (1998). Priručnik o optičkim konstantama čvrstih tijela. Academic Press.