本文首要是关于雪崩光电二极管的相关介绍，具体论述了雪崩光电二极管在测距电路中的效果，并探求了雪崩二极管静电破坏的原因。
雪崩二极管
作业原理
当一个半导体二极管加上满足高的反向偏压时，在耗尽层内运动的载流子就或许因磕碰电离效应而取得雪崩倍增。人们开始在研讨半导体二极管的反向击穿组织时发现了这种现象。当载流子的雪崩增益十分高时，二极管进入雪崩击穿状况；在此曾经，只需耗尽层中的电场足以引起磕碰电离，则经过耗尽层的载流子就会具有某个均匀的雪崩倍增值。
磕碰电离效应也能够引起光生载流子的雪崩倍增，从而使半导体光电二极管具有内部的光电流增益。1953年，K.G.麦克凯和K.B.麦卡菲报导锗和硅的PN结在挨近击穿时的光电流倍增现象。1955年，S.L.密勒指出在骤变PN结中，载流子的倍增因子M随反向偏压V的改动能够近似用下列经历公式标明
M=1/[1-(V/VB)n]
式中VB是体击穿电压,n是一个与资料性质及注入载流子的类型有关的指数。当外加偏压十分挨近于体击穿电压时，二极管取得很高的光电流增益。PN结在任何小的部分区域的提早击穿都会使二极管的运用遭到约束，因此只有当一个实践的器材在整个PN结面上是高度均匀时，才干取得高的有用的均匀光电流增益。因此，从作业状况来说，雪崩光电二极管实践上是作业于挨近（但没有抵达）雪崩击穿状况的、高度均匀的半导体光电二极管。
雪崩二极管的开展
1965年，K.M.约翰逊及L.K.安德森等别离报导了在微波频率下依然具有恰当高光电流增益的、均匀击穿的半导体雪崩光电二极管。从此，雪崩光电二极管作为一种新式、高速、活络的固态光电勘探器材逐渐遭到重视。
功能杰出的雪崩光电二极管的光电流均匀增益嚔能够抵达几十、几百倍乃至更大。半导体中两种载流子的磕碰离化才能或许不同，因此使具有较高离化才能的载流子注入到耗尽区有利于在相同的电场条件下取得较高的雪崩倍增。可是，光电流的这种雪崩倍增并不是肯定抱负的。一方面，因为嚔随注入光强的添加而下降，使雪崩光电二极管的线性规模遭到必定的约束，另一方面更重要的是，因为载流子的磕碰电离是一种随机的进程，亦即每一个其他载流子在耗尽层内所取得的雪崩增益能够有很广泛的几率散布,因此倍增后的光电流I比倍增前的光电流I0有更大的随机崎岖，即光电流中的噪声有附加的添加。与真空光电倍增管比较，因为半导体中两种载流子都具有离化才能，使得这种崎岖更为严重。
式中q为电子电荷,B为器材作业带宽，F(嚔)标明雪崩倍增进程所引起噪声的添加，称为过剩噪声因子。一般状况下,F随嚔的改动状况恰当杂乱。有时为简略起见，近似地将F标明为F=嚔x,x称为过剩噪声指数。F或x是雪崩光电二极管的重要参数。
因为F大于1，并随嚔的添加而添加，因此只有当一个接纳体系（包含勘探器材即雪崩光电二极管、负载电阻和前置扩大器）的噪声首要由负载电阻及扩大器的热噪声所决守时，进步雪崩增益嚔能够有用地进步体系的信噪比，从而使体系的勘探功能取得改进；相反，当体系的噪声首要由光电流的噪声决守时，添加嚔就不再能使体系的功能改进。这儿起首要效果的是过剩噪声因子F的巨细。为取得较小的F值，应选用两种载流子离化才能相差大的资料，使具有较高离化才能的载流子注入到耗尽层，并合理规划器材结构。
浅谈雪崩光电二极管在测距起到的效果
1.导言
在激光干与测距中，雪崩二极管APD在激光的承受部分中起到很重要的效果，它对精度的进步有很大的影响。在激光测距中，激光从发射到承受会经过被测方针的漫反射，一起也有旅程等的丢失，所以接遭到的光信号十分弱，这使得检测光信号恰当困难，承受不妥会影响到精度，所以归纳考虑，咱们选用雪崩光电二极管APD。APD不同于传统的光电二极管，它是树立在内光电效应基础上的光电器材，它具有内部增益和扩大效果，一起呼应的速度也很快，可是要发挥它的优势，需求加较大的反向偏置电压（一般在几十到几百伏），这样会伴跟着有相对较大的纹波电压，电源的纹波电压改动规模越大，对雪崩二极管的影响就越大，所以本文规划了一种低纹波电压的电路。关于APD而言，温度的改动也会严重影响它的增益，所以需求接入温度补偿电路来改动PN结倍增区的电场。此外，APD在倍增的进程中发生的附加噪声会严重影响丈量精度，本文对噪声进行了剖析规划了一个有用的前置扩大电路，试验标明该电路有用的进步了信噪比。将这些模块用于激光测距的承受模块，将会进步丈量精度。
2.APD的作业原理
APD是一种P-N结型的光检测二极管，其内部运用载流子的雪崩倍增效应来扩大光信号。在P-N结上加高的反向偏压，就能够加宽耗尽层并且在结区发生一个强的内建电场，当电场强度增大到必定程度时，耗尽层中的光生电子空穴对就会被加快，被加快后的电子空穴取得满足的能量就能与晶格磕碰发生新的电子空穴对。这种进程是连锁反应，这样就会发生较大的二次光电流，因此APD有较高的呼应度和内部增益，这种内部增益进步了器材的信噪比。
3.APD温度补偿电路的规划和剖析
3.1.温度补偿电路的原理剖析
因为电子和空穴的电离速率取决于温度，所以在高偏置电压的条件下，一个小小的温度改动就能引起增益很大的改动。为了保证温度改动时增益改动较小，就需求改动PN结倍增区的电场，这样就需求接入一个温度补偿电路，在温度改动时调整光检测器的偏置电压。理论上能够证明，APD的增益是关于偏压和温度的函数，所以，当APD的偏压跟着温度改动时，APD的增益就能够根本安稳，这便是APD温度漂移的偏压补偿原理。
APD相应的偏置电压值就会随温度改动，为了坚持最佳增益，需规划温度补偿电路来操控APD的偏置电压，使APD在各种温度下都能以最佳倍增增益作业，从而使接纳体系取得最大的信噪比。+APD扩大电路输出功率信噪比SNR为：
式中：M是APD的雪崩增益，为光电流，F为过剩噪声系数。APD挑选恰当的偏压能够使SNR最大，此刻APD对应的增益为最佳雪崩增益，加在其上的偏压为最佳偏压。此刻的最佳雪崩增益由下式确认：+式中，x为APD的过剩噪音指数，其巨细取决于APD的结构和资料。
3.2.偏压温度补偿电路的规划
SPD-052型硅雪崩光电勘探器是0.4～1.1+波长光信号的优秀勘探器，兼备了高活络度、高速呼应和低噪声三大长处，内部的雪崩倍增效应可抵达120倍以上。当温度升高10度，雪崩电压升高2.2～2.6V，在其内部有一个温度补偿二极管IN941，所以咱们用该温度二极管进行偏压补偿，整个电路由三部分组成：温度传感、运放和可控电压源。
3.2.1温度传感部分
当内部温度二极管作业在恒流状况时，其两头的电压和温度具有杰出的线性关系和较高的活络度，恒流源电路如图3，因为运放A1的增益很高，近似有V2%3DV3，设稳压管D1的稳压值为U，则RW和R1两头的电压等于U，所以有流经温度二极管的电流I为：+因此，经过调理RW的巨细，能够得到不同的恒流。
3.2.2运放部分
A1构成跟从器，同向端以IN941的电压作为输入；A2是同相扩大器，调整Rw1能够设定A2在某一温度下的输出电压，Rw2来调整A2的增益，一起A2的输出作为可控电压源的操控输入。
3.2.3可控电压源部分
可控电压源选用高精度低温漂可控高压电源模块，其间，%2BV为直流电压输入端；Control为调整端，接运放A2的输出端；V0为输出端，为APD供给偏置电压，其间K1，K2为倍压常数，Vc为Control端输入电压。试验标明，该电源输出规模270～440V，输出电压安稳性小于0.05%25，温度系数每摄氏度小于0.02%25，契合APD的运用要求
4低纹波的反向偏置电压的规划
安稳电源一般包含整流电路、滤波电路和稳压电路三部分。整流电路将沟通电转化为直流电，可是其间依然含有很多的沟通电成分，此刻参加滤波电路来滤掉沟通部分，可是输出电压中依然含有必定的脉动沟通成分，这种脉动沟通成分称为纹波电压。
可见，当恰当加大输出电容的值时，能够减小输出纹波电压，或许选用多个电容并联的方法来削减ERS值，可是电源体积是有限的，所以不或许无约束地增大输出电容的值，这样规划一个低纹波的反向偏置电路来增大增益很重要。
在本文中咱们用的是共模滤波法来下降纹波电压，在电源的输出端加共模扼流圈，和Y电容去耦，可衰减掉电源的共模噪声，共模扼流圈内的寄生电感构成LC滤波，可滤掉差模纹波。共模电感连补偿电路，在保证杰出的滤波效果的一起，还添加了电源的安稳性。共模扼流圈是在一个闭合磁环上，对称绕制方向相反，匝数相同的线圈，这样，当电路中的正常电流流经共模电感时，电流在同相位绕制的电感线圈中发生反向的磁场而彼此抵消，此刻正常信号电流首要受线圈电阻影响，当有共模电流流经线圈时，因为共模电流的同相性，会在线圈内发生同相的磁场而增大线圈的感抗，使线圈表现为高阻抗，发生较强的阻尼效果，一次衰减共模电流，抵达滤波意图。
详解雪崩二极管静电破坏要素
第一种：雪崩破坏
假设在漏极-源极间外加超出器材额外VDSS的电涌电压，并且抵达击穿电压V(BR)DSS （根据击穿电流其值不同），并超出必定的能量后就发生破坏的现象。在介质负载的开关作业断开时发生的回扫电压，或许由漏磁电感发生的尖峰电压超出功率MOSFET的漏极额外耐压并进入击穿区而引起破坏的方法会惹起雪崩破坏。典型电路：
第二种：器材发热损坏
由超出安全区域惹起发热而引起的。发热的缘由分为直流功率和瞬态功率两种。直流功率缘由：外加直流功率而引起的损耗惹起的发热
●导通电阻RDS(on)损耗（高温时RDS(on)增大，引起必定电流下，功耗添加）
●由漏电流IDSS惹起的损耗（和其他损耗比较极小）瞬态功率缘由：外加单触发脉冲
●负载短路
●开关损耗（接通、断开） *（与温度和作业频率是相关的）
●内置二极管的trr损耗（上下桥臂短路损耗）（与温度和作业频率是相关的）器材正常作业时不发生的负载短路等惹起的过电流，构成瞬时部分发热而引起破坏。
别的，因为热量不般配或开关频率太高使芯片不能正常散热时，继续的发热使温度超出沟道温度引起热击穿的破坏。
第三种：内置二极管破坏
在DS端间构成的寄生二极管作业时，因为在Flyback时功率MOSFET的寄生双极晶体管作业，引起此二极管破坏的方法。
第四种：由寄生振动导致的破坏
此破坏方法在并联时特别简单发生在并联功率MOSFET时未刺进栅极电阻而直接联接时发生的栅极寄生振动。高速重复接通、断开漏极-源极电压时，在由栅极-漏极电容Cgd(Crss)和栅极引脚电感Lg构成的谐振电路上发生此寄生振动。当谐振条件(ωL=1/ωC)成立时，在栅极-源极间外加远远大于驱动电压Vgs(in)的振动电压，因为超出栅极-源极间额外电压引起栅极破坏，或许接通、断开漏极-源极间电压时的振动电压经过栅极-漏极电容Cgd和Vgs波形堆叠引起正向反应，因此或许会因为误动作惹起振动毁
第五种：栅极电涌、静电破坏
首要有因在栅极和源极之间假设存在电压浪涌和静电而惹起的破坏，即栅极过电压破坏和由上电状况中静电在GS两头（包含设备和和测定设备的带电）而引起的栅极毁
结语
关于雪崩二极管的介绍就到这了，期望经过本文能让你对雪崩二极管有更深的了解。
