專利名稱：光電雪崩二極管(apd)自動(dòng)參數(shù)測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光電雪崩二極管(APD)測(cè)試設(shè)備，屬測(cè)試測(cè)量?jī)x器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光電雪崩二極管(APD)是光電領(lǐng)域廣泛采用的一種光電轉(zhuǎn)換器件，其有極高的光電轉(zhuǎn)換靈敏度和很短的反應(yīng)時(shí)間。但光電雪崩二極管(APD)的參數(shù)離散性很明顯，同批次的產(chǎn)品其參數(shù)差別也較大，增加了采用APD管的設(shè)備的調(diào)試難度。如何快速準(zhǔn)確測(cè)量出APD的主要參數(shù)和繪制APD管的伏安特性曲線有重要的理論和實(shí)踐意義。測(cè)量光電電雪崩二極管的重要參數(shù)和光電轉(zhuǎn)換曲線面臨著幾個(gè)關(guān)鍵問題:1、不同光電雪崩二極管進(jìn)入雪崩過程所需電壓范圍較寬，大部分通信用APD管偏壓從30V至80V左右，且其對(duì)電壓噪聲非常敏感，如何產(chǎn)生滿足條件的偏壓是測(cè)試中面臨的第一個(gè)問題。2、光電電雪崩二極管一旦進(jìn)入雪崩狀態(tài)在無限流電路情況下其電流迅速增加而損壞，其時(shí)間僅在微秒級(jí)，測(cè)量中必須保證AH)不損壞，快速保護(hù)電壓是必不可少的。3、如何從測(cè)試過程中得出光電雪崩二極管的主要參數(shù)需要綜合分析測(cè)量的原始數(shù)據(jù)。4，以直觀的形式顯示出測(cè)量參數(shù)和曲線。5，傳統(tǒng)的設(shè)備以市電供電，無法適應(yīng)野外測(cè)試的要求。以上四個(gè)問題阻礙了光電雪崩二極管參數(shù)自動(dòng)測(cè)試儀的開發(fā)，目前國內(nèi)沒有專利成果公開，國外的Aro參數(shù)測(cè)試儀使用市電無法適應(yīng)野外測(cè)試要求。根據(jù)以上分析，通過研究我們?cè)O(shè)計(jì)的便攜式APD參數(shù)自動(dòng)測(cè)試儀較好的解決了這幾個(gè)問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種測(cè)量設(shè)備，實(shí)現(xiàn)APD管主要參數(shù)測(cè)量和繪制APD管的伏安特性曲線，解決使用APD過程中參數(shù)調(diào)節(jié)不當(dāng)工作不正常和造成設(shè)備損壞的實(shí)際問題。我們提出的方案較好的解決了上述主要的幾個(gè)問題，成功研發(fā)了 Aro參數(shù)自動(dòng)測(cè)試儀儀器使用單鋰電池供電，具備野外測(cè)試能力。為了達(dá)到上述的目的，本實(shí)用新型采用以下的技術(shù)方案:光電雪崩二極管(APD)自動(dòng)參數(shù)測(cè)試儀，包括電源電路、控制電路、測(cè)量電路和顯示電路；所述的電源電路是由單3V至5V電池供電，通過低噪音開關(guān)電源電路轉(zhuǎn)化為正5V和負(fù)5V直流電壓對(duì)模擬小信號(hào)處理電路供電；通過由12位D/A在1.2V參考電壓下產(chǎn)生精密的控制電壓，控制偏壓產(chǎn)生電路，以2mV的精度將所述的單3V至5V電池電壓升壓至6V至75V，為APD提供合適的偏壓，實(shí)現(xiàn)電壓掃描，該偏壓電路具有快速響應(yīng)的過流保護(hù)功能使APD管免于異常時(shí)損壞；所述的測(cè)量電路使用集成10位的AD的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)APD管在不同偏壓下的電流進(jìn)行測(cè)量；所述的顯示電路將依據(jù)測(cè)量值繪出APD管的伏安特性曲線，并將計(jì)算得到的APD參數(shù)顯示在TFT-1XD屏上。所述的顯示電路使用總線接口的TFT-1XD，實(shí)現(xiàn)豐富的曲線和參數(shù)顯示。所述的電源電路、偏壓產(chǎn)生電路和高速低噪音放大電路為一塊獨(dú)立的模擬信號(hào)處理電路板，輸入端連接一只3.6V的鋰電池，輸出端有輸出-5V、+5V、+12V +80V可調(diào)直流電壓與測(cè)量輸出和地的 五根輸出引線和電壓調(diào)整輸入引線?？刂齐娐钒搴惋@示電路為一塊獨(dú)立的電路板，其上包括與電源電路板的接口、用于調(diào)整APD偏壓的12位D/A轉(zhuǎn)換器電路、按鍵電路、集成10位A/D的MCU電路；顯示電路由一塊支持MPU總線接口的320*240 IXD為核心構(gòu)成，其與MCU的連接以16位總線的方式實(shí)現(xiàn)，加快了繪制APD伏安特性曲線和顯示的速度。

圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本實(shí)用新型的電源電路和低噪音微弱信號(hào)放大電路；圖3是本實(shí)用新型APD偏置電壓產(chǎn)生電路；圖4是本實(shí)用新型的控制測(cè)量和顯示電路原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)說明:圖1中，(I)電源電路實(shí)現(xiàn)由單鋰電池輸入3.6V電壓升壓并穩(wěn)定輸出+5V，電壓反轉(zhuǎn)輸出穩(wěn)定的-5V電源，+5V 一路供雙電源運(yùn)放另一路經(jīng)LDO輸出3.3V供控制顯示部分。為延長電池使用時(shí)間，要求靜態(tài)電流小，轉(zhuǎn)換效率高。(2)小信號(hào)放大部分負(fù)責(zé)放大APD產(chǎn)生的微弱光電流，光電流在微安級(jí)要求放大電路具有很低的電噪音密度，同時(shí)有很高的響應(yīng)速度。(3)所需加的APD偏壓因不同的APD管在20至80V范圍內(nèi)變動(dòng)應(yīng)能精確調(diào)節(jié)，同時(shí)應(yīng)有完善的保護(hù)功能。(4)控制測(cè)量和顯示電路由集成10位A/D的微處理器和12位D/A與分辯率為320*240的TFT IXD構(gòu)成。圖2中，由UlOl構(gòu)成升壓電路，RlOO設(shè)置輸出電流限流門限，RlOU R102設(shè)置輸出電壓，本設(shè)計(jì)輸出 為5V。UlOl為核心構(gòu)成電壓反轉(zhuǎn)電路，輸出電壓為-5V。U102為核心構(gòu)成微弱信號(hào)放大電路，使用低噪音高速跨阻運(yùn)放實(shí)現(xiàn)。將微安級(jí)光電流轉(zhuǎn)換為伏級(jí)電壓供給測(cè)量電路。圖3中，U103為核心構(gòu)成AH)偏壓電路。當(dāng)6腳的控制電壓低于1.2V時(shí)輸出電壓與U103的6腳的控制電壓成線性關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓的準(zhǔn)確控制，R112和R113設(shè)置輸出電壓的最大值，本方案設(shè)為75V，輸出電壓能在6V至75V線性可調(diào)。U103的10腳以1:1輸出APD的鏡像監(jiān)控電流。9腳電阻R106設(shè)置APD管的瞬態(tài)保護(hù)電流。動(dòng)作時(shí)間在微秒級(jí)，確保APD管不被損壞。圖4中，U200為測(cè)量控制與顯示部分的穩(wěn)壓器件，穩(wěn)定輸出3.3V。U201為集成10位A/D的單片機(jī)，U201的并行端口 POO P07和P20 P27接TFT顯示模塊的16位數(shù)據(jù)端，三級(jí)管Q200接TFT_IXD的背光控制端，實(shí)現(xiàn)背光的軟件控制以達(dá)到節(jié)能和延長電池使用時(shí)間。U201為12位D/A轉(zhuǎn)換器，其輸出的電壓控制APD管的偏置電壓變化。U202設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換的參考電壓，使用1.25V的精密參考電壓集成電路。測(cè)試時(shí)，單片機(jī)由D/A轉(zhuǎn)換器輸出低到高的控制電壓，同時(shí)由內(nèi)置10位D/A間接測(cè)量APD的電流。記錄下AH)管的雪崩電壓和漏電流等參數(shù)，由各電壓下對(duì)應(yīng)的電流繪制出APD管的伏安特性曲線供設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)參考。本實(shí)用新型專利的雪崩二極管(APD)自動(dòng)參數(shù)測(cè)試儀具有測(cè)量AH)管參數(shù)和繪制相應(yīng)的伏安特性曲線的功能，由單電池供電無對(duì)市電供電的依賴對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，由TFT_IXD顯示方便 直觀，解決了 APD管參數(shù)測(cè)試的困難。
權(quán)利要求1.光電雪崩二極管(APD)自動(dòng)參數(shù)測(cè)試儀，其特征在于:包括電源電路、控制電路、測(cè)量電路和顯示電路；所述的電源電路是由單3V至5V電池供電，通過低噪音開關(guān)電源電路轉(zhuǎn)化為正5V和負(fù)5V直流電壓對(duì)模擬小信號(hào)處理電路供電；通過由12位D/A在1.2V參考電壓下產(chǎn)生精密的控制電壓，控制偏壓產(chǎn)生電路，以2mV的精度將所述的單3V至5V電池電壓升壓至6V至75V，為APD提供合適的偏壓，實(shí)現(xiàn)電壓掃描，該偏壓電路具有快速響應(yīng)的過流保護(hù)功能使APD管免于異常時(shí)損壞；所述的測(cè)量電路使用集成10位的AD的單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)APD管在不同偏壓下的電流進(jìn)行測(cè)量；所述的顯示電路將依據(jù)測(cè)量值繪出APD管的伏安特性曲線，并將計(jì)算得到的APD參數(shù)顯示在TFT-1XD屏上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電雪崩二極管(APD)自動(dòng)參數(shù)測(cè)試儀，其特征在于，所述的顯示電路使用總線接 口的TFT-1XD，實(shí)現(xiàn)豐富的曲線和參數(shù)顯示。
專利摘要光電雪崩二極管(APD)自動(dòng)參數(shù)測(cè)試儀，屬測(cè)試測(cè)量?jī)x器技術(shù)領(lǐng)域。APD管的參數(shù)離散性很明顯，增加了采用APD管的設(shè)備的調(diào)試難度，本實(shí)用新型提供了一種快速準(zhǔn)確測(cè)量出APD的主要參數(shù)和繪制APD管的伏安特性曲線的裝置，包括電源電路、控制電路、測(cè)量電路和顯示電路；由單鋰電池供電，產(chǎn)生正5V和負(fù)5V直流電壓對(duì)模擬小信號(hào)處理電路供電；以2mV的步進(jìn)產(chǎn)生6V至75V的實(shí)現(xiàn)電壓掃描提供給APD管偏置電壓，該偏壓電路具有快速響應(yīng)的過流保護(hù)功能，采用10位的AD的單片機(jī)對(duì)APD管在不同偏壓下的電流進(jìn)行測(cè)量，繪出APD管的伏安特性曲線，并將計(jì)算得到的APD參數(shù)顯示在TFT-LCD屏上，本實(shí)用新型適合于便攜。
文檔編號(hào)G01R31/26GK203149082SQ20132015049
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月29日
發(fā)明者曾慶立, 陳善榮, 楊永東 申請(qǐng)人:吉首大學(xué)