一种光电探测器的电流检测装置及方法

本发明涉及电流检测领域，具体涉及一种光电探测器的电流检测装置及方法。

背景技术：

1、随着云服务、人工智能、物联网等新型业务的兴起，数据传输速率及容量面临前所未有的挑战，其关键在于发展高速光电子器件。近10年来，硅基光电子快速发展，以其cmos兼容和高集成度等突出优点成为集成光电子领域的新兴主流技术。

2、众所周知，高性能光电探测器是几乎所有光学系统都不可或缺的核心器件。为了获得更高灵敏度，人们发展了增益更高的光电探测器，如锗硅光电探测器，与传统的探测器相比，锗硅光电探测器具有光电转换增益高、响应速率更快、功耗更低的特点。

3、当探测器在不同的环境和模式时，人们对其性能的关注点不同，对于锗硅光电探测器来说，主要研究其响应度和其暗电流。暗电流为探测器在无光环境中受电场作用产生的电流，是光电探测器的关键性能参数，通过探测器暗电流与其光学响应特性成反比的这一特点，可以反映出一个锗硅探测器的性能好坏。对于一个大规模的锗硅探测器阵列来说，为了保证阵列的光响应特性和性能，在探测的过程中，需要对每一个锗硅光电探测器的性能好坏进行检测，现有技术中，采用人工进行大规模的锗硅探测器阵列检测，工作量大并且实现困难。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供了一种光电探测器的电流检测装置及方法，解决了现有采用人工进行大规模的锗硅探测器阵列检测，工作量大并且实现困难的问题。

2、为实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种光电探测器的电流检测装置，包括电源模块、控制单元、光电探测器扫描模块、放大模块以及人机交互模块，控制单元分别与电源模块、光电探测器扫描模块、放大模块以及人机交互模块电连接，光电探测器扫描模块还分别与电源模块、放大模块电连接；

3、控制单元用于控制电源模块产生电压并输入至光电探测器扫描模块，以使光电探测器扫描模块产生电流信号；放大模块用于将光电探测器扫描模块产生的电流信号转化为电压信号并放大；控制单元还用于接收放大模块输出的放大后的电压信号并将其转化为数字信号，发送至人机交互模块；人机交互模块用于对数字信号进行展示；

4、光电探测器扫描模块包括译码器组、开关组以及光电探测器组，译码器组包括至少一个译码器，开关组包括至少一个开关，光电探测器组包括至少一个光电探测器，开关的数量与光电探测器的数量相同，控制单元与译码器电连接，译码器与开关电连接，开关与光电探测器电连接；译码器用于根据控制单元的控制信号控制开关组中开关的启闭状态，以使得光电探测器组中的一组光电探测器产生的电流信号能够输出至放大模块。

5、在一些实施例中，译码器组包括第一译码器以及第二译码器，开关组包括第一开关组以及第二开关组，第一开关组包括至少一个第一开关，第二开关组包括至少一个第二开关，第一开关与光电探测器的输入端连接，第二开关与光电探测器的输出端连接，第一译码器与第一开关组连接，第二译码器与第二开关组连接，第一译码器用于控制第一开关组中第一开关的通断状态，第二译码器用于控制第二开关组中第二开关的通断状态。

6、在一些实施例中，放大模块包括静电计放大器以及程控放大器，静电计放大器用于将光电探测器扫描模块产生的电流信号转化为电压信号，程控放大器用于将转化后的电压信号进行放大；静电计放大器的输入端与第二开关的输出端连接，静电计放大器的输出端与程控放大器的第一输入端连接；

7、控制单元包括adc模块以及第一输出端，第一输出端与程控放大器的第二输入端连接，程控放大器的输出端与adc模块的输入端连接，控制单元还通过第一输出端输出控制信号以控制程控放大器的放大倍数。

8、在一些实施例中，程控放大器包括一级放大电路以及仪表放大电路，一级放大电路用于对静电计放大器输出的电压信号进行一级放大，仪表放大电路用于对一级放大后的电压信号进行二级放大，并将二级放大后的电压信号输入至控制单元中。

9、在一些实施例中，一级放大电路包括第一运算放大器、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容以及第一电阻，第一运算放大器的负电源端与第一电容、第二电容以及第一工作电压连接，第一运算放大器的正电源端与第三电容、第四电容以及第二工作电压连接，第一运算放大器的正极输入端与第一电阻连接，第一电阻的另一端与静电计放大器的输出端连接，第一运算放大器的输出端与第一运算放大器的负极输入端、第五电容以及一级放大电路的输出端连接，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容以及第五电容的另一端均接地；

10、仪表放大电路包括模拟开关模块、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第六电容、第七电容、第八电容、第九电容、第十电容、第十一电容、第十二电容以及仪表放大器，仪表放大器的负极输入端与一级放大电路的输出端连接，仪表放大器的第一接收端与模拟开关模块的第一输出引脚连接，第二电阻至第九电阻分别与模拟开关模块的第二输出引脚至第九输出引脚连接，第二电阻至第九电阻的另一端均与仪表放大器的第二接收端连接，仪表放大器的正电源端与第六电容、第七电容以及第三工作电压连接，仪表放大器的负电源端与第八电容、第九电容以及第四工作电压连接，仪表放大器的输出端与第十电容连接，模拟开关模块的正电源输入端与第十一电容以及第五工作电压连接，模拟开关模块的负电源输入端与第十二电容以及第六工作电压连接，模拟开关模块的电平输入端与控制单元连接，第六电容至第十二电容的另一端、仪表放大器的正极输入端以及ref端均接地。

11、在一些实施例中，电源模块还包括电压控制电路，电压控制电路包括电压跟随器以及双极性数模转换器，控制单元还用于控制双极性数模转换器通过电压跟随器产生可控偏置电压。

12、在一些实施例中，电源模块还包括电源电路，电源电路用于给控制电压电路提供供电电压，电源电路包括第一电压电路、第二电压电路以及第三电压电路；第一电压电路包括第十三电容、第十四电容、第十五电容、第十六电容、第一降压转换器、第一电感、第一二极管、第十电阻以及第十一电阻，第一降压转换器的电源输入端与初始电压以及第十三电容连接，第一降压转换器的boot端与第十四电容连接，第十四电容的另一端与第一二极管、第一电感以及第一降压转换器的输出端连接，第一电感的另一端与第十五电容、第十六电容、第十电阻以及第一电压电路的输出端连接，第十电阻的另一端与第十一电阻、第一降压转换器的监控取样电压端连接，第十三电容的另一端、第十五电容的另一端、第十六电容的另一端、第一降压转换器的接地端、第一降压转换器的接入端以及第十一电阻的另一端接地；

13、第二电压电路包括第十七电容、第十八电容、第十九电容、第二十电容、第二降压转换器、第二电感、第二二极管、第十二电阻以及第十三电阻，第二降压转换器的电源输入端与初始电压以及第十七电容连接，第十七电容的另一端接地，第二降压转换器的boot端与第十八电容连接，第十八电容的另一端与第二二极管、第二电感以及第二降压转换器的输出端连接，第二电感的另一端与第十九电容、第二十电容以及第十二电阻连接并接地，第十二电阻的另一端与第十三电阻、第二降压转换器的监控取样电压端连接，第十三电阻的另一端与第二降压转换器的接地端、第二降压转换器的接入端、第十九电容的另一端、第二十电容的另一端以及第二电压电路的输出端连接；

14、第三电压电路包括第二十一电容、第二十二电容、第二十三电容、第二十四电容以及正向低压降稳压器，正向低压降稳压器的输入端与第二十一电容、第二十二电容以及初始电压连接，正向低压降稳压器的输出端与第二十三电容、第二十四电容以及第三电压电路的输出端连接，第二十一电容至第二十四电容的另一端以及正向低压降稳压器的接地端均接地。

15、在第二方面，本发明还提供一种光电探测器的电流检测方法，适用于第一方面的暗电流检测装置，方法包括以下步骤：

16、控制单元控制电源模块产生可调电压，并将可调电压输入至光电探测器扫描模块；

17、光电探测器扫描模块中的光电探测器产生暗电流信号；

18、控制单元通过译码器控制开关的通断，以使光电探测器组中的一个光电探测器所产生的暗电流信号进入放大模块；

19、放大模块将暗电流信号转换成电压信号，并将电压信号进行放大后输入至控制单元中；

20、控制单元接收放大模块输出的放大后的电压信号并将其转化为数字信号，发送至人机交互模块；

21、人机交互模块将数字信号进行展示。

22、在一些实施例中，暗电流信号在无光条件下产生，人机交互模块将数字信号进行展示包括：

23、不同偏置电压下，人机交互模块接收光电探测器的暗电流信号转化并放大后的数字信号并与偏置电压值对应存储；

24、将不同的偏置电压下的数字信号置于同一图表中进行展示。

25、在一些实施例中，放大模块包括静电计放大器以及程控放大器，程控放大器包括一级放大电路以及仪表放大电路，仪表放大电路包括模拟开关模块以及仪表放大器，模拟开关模块与控制单元连接，放大模块将暗电流信号转换成电压信号，并将电压信号进行放大后输入至控制单元中包括：

26、模拟开关模块接收控制单元的控制信号，以确定电压信号的放大倍数；

27、仪表放大电路根据放大倍数对一级放大电路放大后的电压信号进行二级放大；

28、将二级放大后的电压信号输入至控制单元中。

29、区别于现有技术，上述技术方案通过设置译码器组、开关组以及光电探测器组，实现了三者之间的连接与布局，再通过控制单元利用译码器，控制开关组的通断，从而获取其中一个光电探测器的电流信号，在多个光电探测器待检测的应用场景中，译码器与开关组以及控制单元组合，完成光电探测器的电流信号的逐一检测这一方式大大提高了批量检测速率，实现光电探测器组的快速选择和扫描，同时增加放大模块对电流信号进行转换，并对转换后的电压信号进行放大，便于数据的收集与比较，进一步提高光电探测器的电流检测效率。

30、上述
技术实现要素：
相关记载仅是本发明技术方案的概述，为了让本领域普通技术人员能够更清楚地了解本发明的技术方案，进而可以依据说明书的文字及附图记载的内容予以实施，并且为了让本发明的上述目的及其它目的、特征和优点能够更易于理解，以下结合本发明的具体实施方式及附图进行说明。