Vastaanottopuolen valinta: lumivyöryfotodiodit vastaan PIN-fotodiodit

Miksi vastaanotin päättää kantamasi

Etäisyysyhtälössä etäisyys kasvaa vastaanotetun tehon neliöjuuren verran. Tämä tarkoittaa, että vastaanotin, joka havaitsee 10 kertaa vähemmän valoa, antaa sinulle 3,2 kertaa pidemmän matkan – sama kuin lähetysenergian 10-kertainen lisääminen, mutta ilman, että kosket laseria, ajuria, optiikkaa tai silmäturvallisuusluokitusta.

Vastaanottajan marginaali on myös halvempaa kuin lähettimen marginaali. Vastaanottoaukon kaksinkertaistaminen maksaa yhden isomman linssin. Lähetinenergian kaksinkertaistaminen vaatii isomman diodin, kuumemman ajurin ja mahdollisesti eri turvaluokan.

APD vastaan PIN yhdessä kappaleessa

PIN-fotodiodi muuntaa fotonit kantajiksi yksikkövahvistuksella. Yksinkertainen, lineaarinen, lämpötilastabiili ja halpa. Sen rajoitus on, että signaalivirta on hyvin pieni – 1 nW vastaanotetulla tehoilla ja 0,5 A/W herkkyydellä signaali on vain 0,5 nA, kilpaillen transimpedanssivahvistimen lämpökohinan kanssa.

Lumivyörytodiodi moninkertaistaa jokaisen fotonien tuottaman kantajan iskionisaation avulla, antaen sisäisen vahvistuksen välillä 10–200. Signaali vahvistetaan ennen kuin esivahvistin huomaa sen, joten esivahvistimen kohina ei hallitse. Hinta on ylimääräinen kohina: moninkertaistumisprosessi on satunnainen, joten vahvistus tulee kohinarangaistuksen mukana, joka kasvaa nopeammin kuin signaali korkeilla M-arvoilla.

Vahvistuksen ja kohinan välinen kompromissi

Signaali kasvaa M:n mukaan. Lumivyöryn kohina kasvaa M^x:n mukaan, missä x on välillä 0,2–0,5 piille ja noin 0,7–1,0 InGaAs:lle. Kokonaiskohina noudattaa suunnilleen:

Matalalla vahvistuksella vahvistin-termi hallitsee ja SNR paranee M:n kanssa. Optimin - tyypillisesti M = 50–150 piille, M = 10–40 InGaAs:lle - jälkeen lumivyörymelu ottaa vallan ja suurempi vahvistus pahentaa tilannetta.

Siksi meidän 905 nm APD:t määrittävät optimaalisen vahvistuksen M = 100, ja miksi M:ää seuraava jännitteen säätösilmukka on suunnittelemisen arvoinen. APD:n käyttäminen kiinteällä jännitteellä 40 K lämpötilavaihtelun yli on yleisin vastaanottimen virhe: 0,7 V/°C hajoamissiirtymän vuoksi korjaamaton 40 K muutos siirtää toimintapistettä tarpeeksi kauas, mikä johtaa useiden desibelien menetykseen.

APD-määrittelyn lukeminen

Ota LCC2-905APD-500/230:

Viimeinen rivi on se, jonka ihmiset usein unohtavat. 1,4 V/°C kerroin on mukava kompensoida. 1,1 V/°C komponentti vahvalla ympäristön valosuodattimella - LCC1 versio - sopii paremmin ulkokäyttöiseen laitteeseen, jossa biasin resoluutio on vähemmän tärkeä kuin päivänvalon kestävyys.

Milloin PIN on oikea ratkaisu

Lyhyt kantama. Alle noin 50 m:llä on runsaasti heijastunutta signaalia ja APD:n vahvistus on tarpeeton. Hyvällä transimpendanssivahvistimella varustettu PIN on yksinkertaisempi, halvempi ja sen kanssa ei tarvitse hallita lähtöjännitteen driftin ongelmaa.

Erittäin korkea kaistanleveys. Noin 1 GHz:n yläpuolella APD:n vahvistus-kaistanleveyten tuote muodostaa rajan ja hyvin suunnitellut PIN-vastaanottimet kilpailevat.

Monikanavaiset taulukot. 16-elementtinen APD-taulukko on olemassa, mutta kanavakohtainen lähtöjänniteohjaus 16 elementille on vakava insinöörihaaste. Jos arkkitehtuurisi kestää herkkyyden menetyksen, per-kanava TIA-vahvistuksella varustettu PIN-taulukko on helpompi rakentaa ja kalibroida.

Kun tarvitset lineaarisuutta. APD:t kompressioituvat korkeilla optisilla tuloilla. Jos mittaat amplitudia etkä matka-aikaa, PIN on rehellinen valinta.

Käytännön tarkistuslista

1. Sovita aktiivinen alue kohtaan, ei maksimissaan saatavilla olevaan. 500 µm APD:llä on noin 5 kertaa suurempi kapasitanssi kuin 230 µm osalla, mikä suoraan maksaa kaistanleveyttä. Jos palautuspaikkasi on 100 µm, osta pieni.

1. Budjetoi suodatin. 5 - 10 nm kaistapassi laserin aallonpituudella tekee päiväkäytön mahdolliseksi. Ilman sitä APD:n vahvistus vahvistaa auringonvaloa yhtä mielellään kuin signaalia.

1. Kompensoi bias. Käytä joko lämpötilakompensoitua bias-verkkoa tai suljetun silmukan ohjainta, joka pitää vahvistuksen M = 100. Varaudu 2 - 4 dB vaihteluun, jos jätät tämän väliin.

1. Sovita kaistanleveys pulssiin. BW ≈ 0,4 / t_p. Laajempi ei ole parempi - se on äänekkäämpi.

1. Suojaa se. APD:t hajoavat ESD:stä ja eteenpäin kulkevasta virrasta. Datalehden 1 mA eteenpäin suuntautuvaa virtarajaa ei ole tarkoitettu ehdotukseksi, ja jokaisessa penkki-testissä tulisi olla sarjavastus ja maadoitettu ranneside.

Yhdistä lähetin- ja vastaanottopuoli valitsimen kanssa – se yhdistää jokaisen suositellun lähettimen sopivaan vastaanottimeen.