一種線性模式雪崩光電二極管的接口電路設(shè)計.pdf

1、工作在線性模式下的雪崩光電二極管(Avalanche photodiode，APD)具有光子檢測效率高、功耗低、可連續(xù)檢測等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各類微弱光信號探測成像系統(tǒng)。檢測過程中，APD接收微弱光信號并轉(zhuǎn)化為電流輸出，接口電路感應(yīng)該電流信號并將檢測結(jié)果傳輸?shù)较乱患壧幚黼娐?。線性模式下APD輸出的脈沖電流信號幅度低，脈寬短，因此需要再進行跨阻和電壓放大，轉(zhuǎn)換成可狀態(tài)辨識的電壓脈沖信號。隨著探測成像系統(tǒng)趨向大規(guī)模陣列發(fā)展，接口電路功耗、面積

2、受到的限制越來越嚴格，設(shè)計難度大大提高。
　　本文基于弱光檢測應(yīng)用的實際需求，根據(jù)線性模式APD器件特性，完成了一種面積緊湊、功耗低，適用于陣列應(yīng)用的電流檢測接口電路設(shè)計。電路采用共柵輸入的跨阻放大器，具有帶寬高、功耗小的特性，且采用MOS電阻代替內(nèi)部的部分多晶硅電阻，顯著減小了電路面積。對于前置放大電路因采用MOS電阻而使輸出靜態(tài)工作點發(fā)生較大漂移，在前置放大后的電壓放大模塊中采用了具有高共模抑制比的差分放大器以抑制共模點漂移產(chǎn)

3、生的影響，同時調(diào)整改進差分放大器設(shè)計，在保持其性能的基礎(chǔ)上減小面積。
　　采用TSMC0.35μm CMOS工藝完成電路設(shè)計仿真和流片驗證，版圖面積為29μm×79μm。后仿結(jié)果表明，接口電路跨阻增益114dBΩ，最小檢測電流為1.17μA。芯片采用集成的測試電路等效APD輸出激勵進行測試，通過和后仿真結(jié)果對比表明芯片能夠?qū)崿F(xiàn)脈沖電流信號的檢測功能，靜態(tài)功耗為0.25mA，最小檢測電流為1.8μA。本文最后對電路設(shè)計進行總結(jié)，并為