[發(fā)明專利]一種利用噪聲的APD反偏電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910197624.6
• 申請(qǐng)日: 2009-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN101702094A
• 公開（公告）日: 2010-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃正;劉亮;皋魏;席剛;仝芳軒;周正仙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海華魏光纖傳感技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G05F1/10
• 分類號(hào): G05F1/10
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 余明偉;馮珺

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于智能控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種電壓控制系統(tǒng)及方法，尤其涉及一種APD反偏電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

雪崩光電二極管(APD，Avalanche?Photo?Diode)是一種建立在內(nèi)光電效應(yīng)基礎(chǔ)上的光電器件。雪崩光電二極管具有內(nèi)部增益和放大的作用，一個(gè)光子可以產(chǎn)生10-100對(duì)光生電子空穴對(duì)，從而能夠在器件內(nèi)部產(chǎn)生很大的增益。雪崩光電二極度管工作在反向偏壓下，反向偏壓越高，耗盡層當(dāng)中的電場(chǎng)強(qiáng)度也就越大。當(dāng)耗盡層中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，耗盡層中的光生電子空穴對(duì)就會(huì)被電場(chǎng)加速，而獲得巨大的動(dòng)能，它們與晶格發(fā)生碰撞，就會(huì)產(chǎn)生新的二次電離的光生電子空穴對(duì)，新的電子空穴對(duì)又會(huì)在電場(chǎng)的作用下獲得足夠的動(dòng)能，再一次與晶格碰撞又產(chǎn)生更多的光生電子空穴對(duì)，如此下去，形成了所謂的“雪崩”倍增，使信號(hào)電流放大。

然而，APD隨溫漂的變化嚴(yán)重影響其增益的穩(wěn)定性，甚至引起測(cè)量精度的惡化。理論上可以證明APD的增益是其偏壓V和溫度T的函數(shù)，二者共同決定APD工作時(shí)的增益，而且在維持APD增益比較恒定的條件下，其偏壓和溫度之間存在一定的關(guān)系。因此，可以控制APD的偏壓使之隨溫度按一定的規(guī)律改變。這樣就可以維持APD增益基本恒定，保證其正常工作。這就是對(duì)APD溫度漂移的偏壓補(bǔ)償原理。偏壓補(bǔ)償方法有兩種，典型的是讓APD工作在恒定的溫度環(huán)境中，也就是恒溫控制；另一種是根據(jù)溫度變化來(lái)調(diào)節(jié)APD的反偏電壓，使得APD的增益不變。對(duì)于后者，一種方法是通過測(cè)量APD環(huán)境溫度，用溫度信息反饋來(lái)調(diào)節(jié)APD的反偏電壓，使得APD的增益不變；本文提出另一種方法，即用噪聲信號(hào)作為反饋信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)APD的反偏電壓，使得APD的增益不變。

本方法主要是利用APD的隨機(jī)噪聲來(lái)控制APD的反偏電壓，APD的隨機(jī)噪聲(例如當(dāng)無(wú)光輸入時(shí)產(chǎn)生的電流產(chǎn)生的噪聲)與APD的增益有關(guān)，APD增益越大其隨機(jī)噪聲也越大；如果監(jiān)測(cè)到APD的噪聲變化，也就可以知道APD的增益變化；因此可以用APD產(chǎn)生的噪聲來(lái)監(jiān)控APD的增益；本發(fā)明就是利用APD的噪聲作為反饋信息來(lái)改變APD的反偏電壓，從而保證APD在不同的工作環(huán)境溫度中保持增益不變。

其中，需要通過試驗(yàn)測(cè)試得到一個(gè)理想的增益(通過調(diào)節(jié)APD反偏電壓)，并測(cè)量此增益下的噪聲，并給出一個(gè)范圍(包括噪聲上限值和下限值)作為噪聲的閾值范圍，只要噪聲在此閾值范圍內(nèi)，都是合適的。當(dāng)噪聲低于閾值下限時(shí)，說明APD的增益小于理想值，需要把APD的反偏電壓調(diào)高；當(dāng)噪聲高于閾值時(shí)，說明APD的增益大于理想值，需要把APD的反偏電壓調(diào)低。

根據(jù)APD特點(diǎn)，當(dāng)APD工作環(huán)境溫度升高時(shí)，如果APD反偏電壓不變，那么APD增益將變小，產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲變小，如果要維持APD增益不變，需要增大APD的反偏電壓；當(dāng)APD工作環(huán)境溫度降低時(shí)，如果APD反偏電壓不變，那么APD增益將變大，產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲變大，如果要維持APD增益不變，需要降低APD的反偏電壓。

進(jìn)一步的，本發(fā)明提到的噪聲都是指隨機(jī)噪聲。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題在于提供一種利用噪聲的APD反偏電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)，可使APD反偏電壓滿足不同溫度條件下APD增益不變的要求。

另外，本發(fā)明還提供上述APD反偏電壓控制系統(tǒng)的控制方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種利用噪聲的APD反偏電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括：APD光電接收電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)處理器以及高壓產(chǎn)生電路；

所述APD光電接收電路，用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，而后把該模擬電信號(hào)發(fā)送至所述A/D轉(zhuǎn)換模塊，并實(shí)現(xiàn)信號(hào)的濾波及放大；

所述A/D轉(zhuǎn)換模塊，把模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并將該數(shù)字信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理器；

所述信號(hào)處理器，對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行處理，獲取所述APD光電接收電路的噪聲，并根據(jù)所述噪聲輸出控制信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)所述高壓產(chǎn)生電路的高壓輸出；

所述高壓產(chǎn)生電路與所述APD光電接收電路相連，給APD光電接收電路提供反偏電壓。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案之一，所述高壓產(chǎn)生電路包括數(shù)字電位器以及與之相連的放大電路。其中，所述高壓產(chǎn)生電路通過數(shù)字電位器的電阻值控制該放大電路的放大倍數(shù)，輸出高壓，從而調(diào)節(jié)APD的反偏電壓。

進(jìn)一步地，所述信號(hào)處理器通過接口向所述數(shù)字電位器輸出控制信號(hào)，以控制數(shù)字電位器調(diào)節(jié)到對(duì)應(yīng)電阻值，所述接口為IIC或SPI接口。

進(jìn)一步地，所述放大電路包括信號(hào)放大器以及與之相連的功率放大器。

上述APD反偏電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：