【導讀】Photo-Diode 光電二極管
，內部結構是由一個PN結組成的半導體器件。它和常用二極管一樣，有單向導通的特性。色彩測量
、發射光譜儀、氣體探測器、渾濁度計等應用通常都是采用光電二極管來實現精密光學測量。

圖 1 光電二極管外型

圖 2 光電二極管內部結構

圖 3 典型光電二極管傳遞函數特性圖

一、光電二極管的工作模式

光電二極管的基本原理是：通過吸收光能並照射到P-N結時將其轉換成電信號。常見有以下兩個工作模式：

●  光導模式（反向偏置）

●  光伏模式（零偏置）

圖 4 反向偏置

圖 5 零偏置

光導模式特點：

●  響應速度快

●  暗電流大

●  影響線性度

光伏模式特點：

●  暗電流小

●  影響線性度

二、 光電二極管常用信號鏈

圖 6 常用信號鏈原理

如上圖所示，常用信號鏈總共分四級：

第一級信號鏈：

I-V轉換
，一般PGA都做在第一級，因為電阻的熱噪聲和電流噪聲會直接出現在輸出端，如果PGA做在後級
，還會把前級的噪聲進行放大

，總的噪聲會變大。

第二級信號鏈：

放大，根據客戶具體信號的需求，可以省略。

第三級信號鏈：

濾波器
，可以配置成低通，帶通，高通，需要根據具體需求而定
，位置可以調到第二級。

第四級信號鏈：

ADC采樣
，根據具體需求選擇ADC的精度和種類。    

三、 光電二極管同步檢測信號鏈

圖 7 同步檢測信號鏈原理

同步檢測方法，在信號鏈加入了隔直和模擬開關，從而使信號翻轉。最終輸出直流信號去AD采樣
，這樣就可以降低ADC的動態特性要求，但是整體鏈路會複雜很多。具體如何選擇還是要看客戶需求。

四
、 I-V 轉換放大器選型

I-V轉zhuan換huan在zai整zheng個ge信xin號hao鏈lian中zhong最zui為wei重zhong要yao，選xuan型xing是shi否fou合he適shi會hui影ying響xiang整zheng個ge信xin號hao鏈lian性xing能neng的de發fa揮hui。因yin為wei光guang電dian二er極ji管guan輸shu出chu為wei電dian流liu信xin號hao，所suo以yi放fang大da器qi應ying該gai選xuan電dian流liu特te性xing比bi較jiao好hao的deFET型。

需要關注的指標如下：

●  失調電流

●  偏置電流

●  失調電壓

●  帶寬和壓擺率

●  噪聲和溫漂

每個指標的選擇要根據客戶實際應用。

比如：本係統光電二極管輸出電流範圍在1nA~1uA，係統精度要達到1%
，那我們電路選型指標基本要達到千分之一水平，這樣各級誤差累計再加上其他誤差
，整個係統精度才能比較保險的達到1%水平。光電二極管最小輸出1nA
，那麼失調電流，偏置電流基本要能達到1nA/1000=1pA。shitiaodianyayaogenjuguangdianerjiguanpianzhidianyayaoqiulaixuan，yibandounengmanzuyaoqiu。daikuanheyabailvyaogenjuxinhaodedaikuanlaixuanze。zaoshenghewenpiaoyuexiaoyuehao，danshijiageyehuibijiaogao。

五、器件選型中間級運放和ADC 

中間級運放

信xin號hao已yi經jing經jing過guo前qian級ji放fang大da，已yi經jing有you了le較jiao好hao的de信xin噪zao比bi，中zhong間jian級ji的de運yun放fang要yao求qiu不bu是shi很hen高gao，選xuan型xing時shi注zhu意yi供gong電dian範fan圍wei，帶dai寬kuan壓ya擺bai率lv，輸shu入ru輸shu出chu範fan圍wei，一yi般ban問wen題ti都dou不bu是shi很hen大da，這zhe裏li就jiu不bu做zuo具ju體ti型xing號hao推tui薦jian列lie舉ju說shuo明ming。

ADC

ADC的選擇有很多，一般情況下16bit的SAR型ADC就夠用。如果客戶係統精度要求很高，但是對信號頻率不高，可以選用高bit的∑-△型。選型應該注意考慮采樣速度，供電範圍

，輸入範圍
，增益誤差，INL
，DNL等。

來源：8號線攻城獅

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