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光敏集成电路简介

2021年1月27日经过罗伯特·凯

本文继续我们的介绍性讨论光敏元件,其产生比光电二极管更高的输出电流幅度。

总结的结论PhotoLrantrantors上的上一篇文章是以下内容:如果速度或线性度是您申请中的重要性能规范,您可能会选择在光电晶体管上的光电二极管。如果速度和线性度不是特别重要的,那么光刻系统的固有增益允许您实现成本,复杂性或板空间的显着降低,您应该考虑光电晶体管。

然而,事实证明,这不是一个/或决定。有第三种选择。我将这组组件指代为“光敏集成电路”。当我使用这个术语时,我主要引用hamamatsu调用“照片IC二极管”的设备,但它还封装了将光电二极管和放大器集成到同一包中的任何其他组件。

PhotoDiode Plus TIA.

关于这第一种光敏集成电路没什么可说的。在这个混合信号集成电路极其复杂的时代,工程师们想出了一种将光电二极管和电路集成在一起的方法,这并不奇怪跨阻抗放大器(TIA)变成一个单独的组件。

了解这些组件的最好方法是阅读您感兴趣的任何部件的数据表。beplay无法取钱例如,OPT301来自德州仪器的TIA增益为120 dB,带宽为4 kHz, a零偏置模式对可见光、紫外线和红外光敏感的光电二极管。

图1。这张图显示了OPT301光敏IC的内部结构。

MLX75305.从Melexis似乎采用了光导模式,并合并了额外的输出电路。

图2。这是Melexis的内部架构MLX75305.“light-to-voltage SensorEyeC。”那个名字太聪明了,我不喜欢。

这个类别中更具异国情调部分的一个例子是ADN3010-11从模拟设备。它有一个锗光电二极管除了跨阻抗放大器之外,还包括限制放大器,并且用于光学数据传输,速度高达11.3 Gbps。

图4。ADN3010-11是专为开/关光检测和产生微分输出。

照片IC二极管

如上所述,我这里用的是滨松的术语。光电集成电路二极管与光电晶体管放大器和光电二极管+ tia组件的区别在于,它不将光电流转换为电压。

一个光电IC二极管的输出是一个电流,这个电流可以在本质上与普通光电二极管的光电流相同的方式使用。不同之处在于电流要大得多,因为该设备采用了高增益电流放大器。因此,光敏二极管克服了光敏二极管的主要缺点——它们产生的光电流非常小——而没有迫使设计者转换到光敏二极管。

下图显示了Hamamatsu照片IC二极管的内部结构和电路实现。

图5。注意,该设备中的光电二极管具有反向偏置,因此正在运行光电导模式。这张图取自这个hamamatsu app注意

如图所示,照片IC二极管为您提供1300 A / A的增益,而滨松的高增益部件提供30,000 A / A。将光电流幅度提高30,000倍将使输出信号更易于使用。

照片IC二极管的另一个好处是它们包括第二光电二极管的能力,其可以补偿通过近红外区域中的波长的灵敏度引入的偏移。通过减去仅从光电二极管产生的信号,该信号仅响应于近IR,该装置提供了主要限于可见波长的光谱响应。

图6。这个图,来自S10604-200CT.数据表显示了第二个光电二极管,允许设备自动补偿近红外灵敏度。

产生电压信号

如前一图中所示,您不需要TIA来产生来自光电二极管的输出电流的电压信号。放大器产生电流信号,可以有效地转换成可用电压信号,而不是电阻器。虽然我不反对设计TIA,但很难争论单个电阻的简单性和便利性。

图中所示的输出电容(由虚线连接)不是必需的,但建议作为抑制输出信号中不可取的高频成分的方法。

结论

我的印象是,光电二极管加上TIA组件不是很受欢迎,我承认我不会倾向于使用一个通过定制设计的TIA的离散二极管。

我觉得光敏IC二极管更吸引人。在这篇文章中,我关注的是滨松设备,但至少有一些其他公司制造它们。在我写这篇文章的时候,我遇到的另外一家制造商是ROHM,他们也销售类似的设备,并把它叫做“模拟电流输出型环境光传感器IC。“如果您对照片IC二极管的任何经验或可以推荐其他供应商,请随时在评论部分中分享您的知识。