探测器
接收端怎么选：雪崩光电二极管 APD 与 PIN 光电二极管
测距链路的余量大多来自接收端，而不是发射端。本文说明 APD 何时值回它 10 倍的价格、增益与噪声如何权衡，以及规格书上那些数字的真实含义。
更新于 2026-10-07 · 3 分钟阅读
为什么接收端决定了量程
在测距方程中，量程与接收功率的平方根成正比。这意味着，能把可探测下限压低 10 倍的接收机，能换来 3.2 倍的量程——效果等同于把发射能量提高 10 倍，却不必改动激光器、驱动、光学或安全等级。
而且接收端的余量更便宜。接收口径翻倍，只是换一片更大的镜片；发射能量翻倍，则要更大的二极管、更热的驱动，甚至更高一级的安全等级。
一段话讲清 APD 与 PIN
PIN 光电二极管以单位增益把光子转换为载流子。结构简单、线性好、温度稳定、价格便宜。它的限制在于信号电流极小——接收功率 1 nW、响应度 0.5 A/W 时，只有 0.5 nA 的信号去对抗跨阻放大器的热噪声。
雪崩光电二极管通过碰撞电离让每个光生载流子倍增，提供 10 到 200 的内部增益。信号在进入前置放大器之前就被放大，前置放大器噪声不再是主导项。代价是过剩噪声：倍增过程是随机的，高增益下噪声增长快于信号。
增益与噪声的权衡
信号随 M 线性增长，雪崩噪声随 Mx 增长，硅的 x 约 0.2 – 0.5，InGaAs 约 0.7 – 1.0。总噪声大致满足：
低增益时放大器项主导，SNR 随 M 改善；超过最佳点之后——硅通常 M = 50 – 150，InGaAs 约 M = 10 – 40——雪崩噪声接管，增益越高越差。
这就是我们的 905 nm APD 标称最佳倍增系数 M = 100 的原因，也是值得设计偏压闭环跟踪的理由。在 40 K 温区内用固定偏压驱动 APD，是最常见的接收端错误：击穿电压漂移 0.7 V/℃，未补偿的 40 K 偏移会让工作点远离最佳点，损失数 dB。
怎么看懂 APD 规格书
以 LCC2-905APD-500/230 为例：
| 参数 | 数值 | 对你的预算意味着什么 |
|---|---|---|
| 响应度 | 80 A/W @ M = 100 | 已含高增益；比较时须在同一 M 下进行 |
| 响应时间 | 0.5 ns（典型） | 约 700 MHz 带宽，足以应对 1 – 5 ns 脉冲 |
| 暗电流 | 0.4 nA @ M = 100 | 决定了无信号时的噪声底 |
| 总电容 | 1.0 pF | 低电容是做到 0.5 ns 的前提 |
| 击穿电压 | 100 – 200 V | 偏压电源需要能到这个电压 |
| 电压温度系数 | 1.4 V/℃ | 需要偏压补偿：40 K 温区漂移 56 V |
最后一行最容易被忽略。1.4 V/℃ 还算好补偿。带抗强日光滤光片、温度系数 1.1 V/℃ 的 LCC1 版本更适合户外设备——那种场景下，白天抗干扰能力比偏压分辨率更重要。
什么时候 PIN 才是正解
近距离。 约 50 m 以内回波充裕，APD 的增益是多余的。配一颗好的跨阻放大器的 PIN 更简单、更便宜，也没有偏压漂移要管。
超高带宽。 超过约 1 GHz 后，APD 的增益带宽积成为瓶颈，设计良好的 PIN 接收机反而更有竞争力。
多通道阵列。 16 元 APD 阵列是存在的，但 16 路逐通道偏压控制是相当大的工程投入。若架构能容忍灵敏度损失，用 PIN 阵列配逐通道 TIA 增益更容易实现与标定。
需要线性度时。 APD 在强光输入下会压缩。如果你测的是幅度而非飞行时间，PIN 才是诚实的选择。
实用核对清单
- 光敏面按光斑大小选，不要按最大值选。 500 µm 的 APD 电容约为 230 µm 器件的 5 倍，直接牺牲带宽。若回波光斑只有 100 µm，就买小的那颗。
- 把滤光片计入预算。 工作在激光波长上的 5 – 10 nm 带通滤光片，是白天能工作的前提。没有它，APD 的增益会把阳光和信号一起放大。
- 补偿偏压。 要么用温度补偿偏压网络，要么用把增益锁在 M = 100 的闭环控制。省掉这一步，量程预算按损失 2 – 4 dB 计。
- 带宽与脉宽匹配。 BW ≈ 0.4 / tp。更宽不等于更好——只会更吵。
- 保护好它。 APD 的失效来自静电和正向电流。规格书上 1 mA 的正向电流上限不是建议值，每次上电测试都应有串联电阻和接地手腕带。
用选型工具可以把发射端与接收端一起考虑——它会为每个推荐的发射型号配上匹配的探测器件。