APD探测放大电路的并行优化

光纤阵列探测模块的并行探测放大电路选用ADI 公司制造的AD8353 线性功率放大器，其工作兼容电压3V 和5V，内部集成50Ω 输入输出阻抗，总带宽为1Hz～2.7GHz。当工作电压为3V 时，在900MHz 处的功率增益达到9.1dbm(Analog Devices Inc.，2013)。可见采用两级功率放大芯片，再外接电阻到地，就极易满足40mV 输出电压的要求。

图5-6　基本探测处理单元一路APD 光电探测放大电路

光纤阵列探测模块的基本探测处理单元中一路APD 探测和放大电路简化设计图如5-6 所示。图中APD＿diode 为AD500-8-TO52S2 型号APD 探测器，脚1 为阴极接高压电源，脚3 为阳极接1kΩ 电阻R1 到地与第二级AD8353 放大器输出端阻抗匹配，脚4 为外壳通过接地可降低噪声，R2 为限流电阻，C29 为高耐压值的反向偏置高压去耦电容。其功能是通过交流耦合电容C20 去除自然光产生的直流分量后把微弱电流信号引入AD8353 线性放大。通常，由于单级放大倍数达不到放大到40mV 左右的要求，人们还需要通过C21 交流耦合电容输入到下一级AD8353 放大器，实现再次放大，以达到满足放大倍数要求的功率信号，该信号从Rf＿out 输出到时刻鉴别电路。上面两级AD8353 放大器都是采用接有限流电阻的3.3V 电源供电。为了去除电源噪声，以确保芯片能够稳定工作，人们通常在AD8353 芯片的电源输入引脚附近，接一对分别滤除高低频噪声的退耦电容。(www.xing528.com)

关于APD 阵列探测模块的并行放大电路采用跨阻型放大电路。跨阻放大器采用TI 公司制造的LMH6609 型号电压反馈运算放大器，该放大器的Av 为2 时的-3db 带宽为280MHz，它需要双电源供电，具有功耗低、输入电流噪声小并且单位增益稳定(Texas Instruments Inc.，2013)的特点。图5-7 是该型号放大器与光电二极管典型的跨阻放大应用电路图。图中Rf 为决定跨阻增益的反馈电阻，光电二极管的输出电流乘以Rf 决定输出电压。由于电阻越大，其噪声也就越大。因此，Rf 的取值通常不宜太大(梁瑞林，2006)。这样，我们就需要合理选择Rf 值。图中Cd 为APD 电容，Cf 为反馈电容，因为运放有输入电容，容易产生自激振荡，利用反馈电容进行相位补偿，就会使运放的自激振荡特性得到改善，通常反馈电容取值为光电探测电容的1/2 左右，具体值还受PCB 布线、生产加工等多个因素的影响，需要在具体电路实现后通过多次调试加以确定。

图5-7　LMH6609 典型的跨阻放大应用电路

APD 阵列探测模块并行放大电路A1 通道的简化电路原理图如图5-8 所示。在这个图里，每个APD 单元的阴极接一个100kΩ 的保护电阻到地。APD 输出的光电流由一个0Ω的隔离电阻输入到跨阻放大器反向输入端；跨阻放大器的增益设置为10K，即反馈电阻Rf取10kΩ，反馈电容Cf 选取0.5pF 左右，具体值应该由电路调试来决定。