一种模块化光电探测器装置的制作方法

本发明涉及光电探测器电路，特别涉及一种高精度模块化光电探测器装置。

背景技术：

近几年随着通信技术的进步，电信管理体制的改革以及电信市场的逐步开放，光纤通信又一次呈现出蓬勃发展的新局面，光纤系统其中就有光接收机，光接收机其中包括光电探测器和放大器以及相关电路组成。光电探测器作为光纤系统重要的组成部分，与之对应的放大器和相关电路设计也显得尤为重要。

目前，多数光电探测器的精度较低，易受外界环境的干扰、响应速度慢、体积大、噪声水平低的特点。为适应光纤系统在采集阶段更进一步提精度、简便的要求，同时实现低功耗、使用灵活、响应速度快、低噪声的需要，另外，为了进一步缩短开发周期和节省成本。

技术实现要素：

本发明要解决噪声高、灵敏度低、测量精度低、体积大、易受外界环境干扰的不足，实现一种高精度模块化光电探测器装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种模块化光电探测器装置，包括待测信号单元、apd模块、电流放大器模块、电源模块、电压放大模块、输出信号单元，所述待测信号单元的输出端口与apd模块的输入端口连接，所述apd模块的输出端口与电流放大器模块连接，所述电源模块分别与电流放大器模块和电压放大模块其中的一个输入端口连接，所述电流放大器模块的其中一个输出端口与电压放大模块的其中一个输入端口连接，所述电压放大模块的输出端口与输出信号单元的输入端连接。

待测信号单元发出的入射光进入apd模块转成电流信号，所述apd模块将电流信号输送至电流放大器模块中运放芯片u1，所述电流放大器模块再将电流信号输送至电压放大模块中运放芯片u2，所述电压放大模块将电流信号输送至输出信号单元中。

所述电流放大器模块包括电阻r1、电阻r2、电容c1、电容c2和运放芯片u1，所述运放芯片u1供电电源的正负电源上分别串加电阻r1、电容c1和电阻r2、电容c2。

所述电流放大器模块还包括电阻r3、电阻r4、电阻rf，所述电阻rf、电阻r4、电阻r3构成t型网络并联在运放芯片u1两端，所述电阻rf的一端与运放芯片u1的反向输入端连接，电阻r4接地，电阻r3与运放芯片的输出端连接。

所述电流放大器模块还包括电容c3、电容c4和电阻r5，所述电容c2作为反馈回路的一部分与电阻rf并联，所述运放芯片u1输出端由电阻r5和电容c4组成一个滤波电路。

所述电压放大模块包括运放芯片u2、电容c5、电容c6、电容c7电阻r6、电阻r7和电阻r8，所述运放芯片u2供电电源的正负电源上分别串加电容c6、电容c7，所述电阻r8、电容c5并联后，一端与运放芯片u2的输出端连接，另一端与运放芯片u2的反向输入端连接，构成反馈回路，所述电阻r7和运放芯片u2的正极相连接，电阻r6和电阻r8构成一个增益环节。

所述信号输出单元由电阻r9和电容c8组成一个滤波电路，所述电阻r9一端连接运放芯片u2的输出端，所述电阻r9另一端只作为信号输出单元输出端，所述电阻r9和信号输出单元输出端之间通过电容r8接地。

本发明模块化光电探测器装置抗干扰能力强、灵敏度高、低噪声的要求，同时实现设备小体积、低功耗、使用灵活的需要，权衡了系统的增益、带宽和噪声水平，在此基础上实现了高精度微弱信号放大。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：

图1为模块化光电探测器装置结构框图；

图2为模块化光电探测器装置电路图。

具体实施方式

模块化光电探测器装置如图1所示，由以下几个模块(单元)构成：待测信号单元、雪崩光电二极管(apd)模块、电流放大器模块、电源模块、电压放大模块、输出信号单元。待测信号单元的输出端口与apd模块的输入端口连接，apd模块的输出端口与电流放大器模块连接，电源模块分别与电流放大器模块和电压放大模块其中的一个输入端口连接，电流放大器模块的其中一个输出端口与电压放大模块的其中一个输入端口连接，电压放大模块的输出端口与输出信号单元的输入端连接，将六个模块进行整合放置在铝材质的电磁屏蔽盒当中。

如图2所示，入射光进入光电转换单元后被光电转换单元中的apd模块转成电流信号，光电转换模块用到的是用于工作在高反向偏置电压的pin型光电二极管即apd(雪崩光电二极管),该模块具有更短的响应时间和更高的内部增益，量子效率高、暗电流小。

光电转换单元中光电探测器正极(pd+)输出的电流信号输入到电流放大器模块中运放芯片u1的反向输入端(in-)，光电探测器的负极(pd-)接地；经电流放大器模块后的电压信号输入到电压放大模块中运放芯片u2的反向输入端(i-)，经过电压放大模块的电压信号输入到输出信号单元中，从而实现了对微弱信号的放大和探测。

电流放大器模块由电阻r1、r2、r3、r4、r5、rf，电容c1、c2、c3、c4和运放芯片u1组成；在芯片u1供电电源的正负电源上分别串加r1、c1和r2、c2。为了稳定电流放大器模块的工作、减少额模块之间通过公共直流电源产生的寄生耦合、防止产生干扰。电阻rf、r4、r3构成t型网络并联在运放芯片u1两端，减少温度漂移，有效控制偏置电流的变化，从而提高整个光电探测器的灵敏度和准确度。rf的一端与运放芯片u1的反向输入端(in-)连接，r4接地，r3与运放芯片的输出端连接，构成反馈回路。电容c2作为反馈回路的一部分与rf并联起到积分作用，有抑制或平滑噪声的干扰的作用。运放芯片u1输出端由电阻r5和电容c4组成一个滤波电路，实现对输出信号进行低通滤波。

电压放大模块由电阻r6、r7、r8、r9，电容c5、c6、c7、c8和运放芯片u2组成；运放芯片u2供电电源的正负电源上分别串加c6、c7，为了稳定电流放大器模块的工作、滤除高频成分、减少失调电流。电阻r8、电容c5与运放芯片u2并联，一端与运放芯片u2的输出端连接，另一端与运放芯片u2的反向输入端连接，构成反馈回路；电容c5作为反馈回路的一部分起到稳定运放、减少噪声、增大带宽和运放超前补偿的作用；电阻r8作为反馈回路的一部分和电容c5同时构成低通滤波网路；电阻r7和运放芯片u2的正极相连接；电阻r6和r8构成一个增益环节，其中增益系数a＝1+r8/r6；信号输出单元由电阻r9和电容c8组成一个滤波电路，实现对输出信号进行低通滤波；电容c8作为负载电容，起到减少电路中的噪声和滤波的作用。

基于上述硬件结构，模块化光电探测器装置工作原理：电待测信号单元的输出端口与apd模块的输入端口连接，apd模块的输出端口与电流放大器模块连接，电源模块分别与电流放大器模块和电压放大模块其中的一个输入端口连接，电流放大器模块的其中一个输出端口与电压放大模块的其中一个输入端口连接，电压放大模块的输出端口与输出信号单元的输入端连接。入射光进入光电转换单元后被光电转换单元中的apd模块转成电流信号，光电转换单元中光电探测器正极(pd+)输出的电流信号输入到电流放大器模块中运放芯片u1的反向输入端(in-)，光电探测器的负极(pd-)接地；经电流放大器模块后的电压信号输入到电压放大模块中运放芯片u2的反向输入端(in-)，经过电压放大模块的电压信号输入到输出信号单元中，从而实现了对微弱信号的放大和探测。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。