一种APD保护电路结构制造技术

本发明专利技术涉及光通信技术领域，提供了一种APD保护电路结构。其中在APD的旁路电路上设置RC旁通电路，其中，电阻R串联在所述APD的驱动电源供电线路上，电容C并联在所述电阻R与驱动电源连接的一端，并且，电容C的另一端接地。本发明专利技术对所述旁路电容处于限流电阻和高压产生芯片或者高压产生电路之间。其一端接于高压电路，另一端接高压电路地网络，用于高压启动瞬间充电。在RC充电常数内，使APD阴极达到雪崩电压点，快速释放掉累积的静态载流子。快速释放掉累积的静态载流子。快速释放掉累积的静态载流子。

【技术实现步骤摘要】
一种APD保护电路结构


[0001]本专利技术涉及光通信
，特别是涉及一种APD保护电路结构。

技术介绍

[0002]现有的光模块中，通常使用到的光电信号转换器件为雪崩光电二极管APD。在使用APD进行光电转换时，需要在APD的一端施加较高的偏置电压。如果有一定数量的光载流子存在于感应区域，这种较高的偏置电压会使APD瞬间产生较大的光电流脉冲。在光电流脉冲超过APD管芯所允许的最大电流时，将会导致APD发生损坏，或者导致后端TIA器件发生损坏。
[0003]鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本
亟待解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是分析光模块在实际使用中存在的一种损坏隐患模式，和提供一种APD保护电路的设计方法，以保护APD使用过程中可能造成的损伤。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种APD保护电路结构，包括：
[0007]在APD的旁路电路上设置RC旁通电路，其中，电阻R串联在所述APD的驱动电源供电线路上，电容C并联在所述电阻R与驱动电源连接的一端，并且，电容C的另一端接地。
[0008]优选的，所述电阻R的最大值取决于负载在最大光功率状态下的输出信号质量，具体的：
[0009]光网络灵敏度响应水平为
‑
26dBm，表明此时的光功率P＝0.0025mW；
[0010]因灵敏度附近，APD的特性决定此时增益M＝10，光电转换效率η＝0.6，本专利技术控制整个RC网路电压下降0.2V以内，确保APD的灵敏度特性，因此，I*R＜0.2，I＝P*M*η，进而得出R＜13.33K。
[0011]优选的，还包括：
[0012]当APD接收到的光电流为5dBm时，即对应此时的光功率为3.1623mW；因大光附近APD的特性决定此时增益M＝1，光电转换效率为0.2，控制整个RC网络下降大于6V，则I*R＞6，I＝P*M*η，进而得出R＞9.5K；
[0013]因此，9.5K＜R＜13.33K。
[0014]优选的，当耗尽区的电场达到饱和时，载流子以最大的漂移速度V
d
运动,设定耗尽层宽度为W，则渡越时间为T
tr
＝W/V
d
；
[0015]对于典型的雪崩二极管，增益可以计算如下：M＝1/(2π*t
e
)/BW，其中，t
e
是有效传递时间，t
e
＝K
A
*T
tr
,K
A
是空穴和电子的冲击离化系数，T
tr
是渡越时间，BW是带宽。
[0016]优选的，为了保证整个网络最大限度减少对灵敏度的影响，所述电阻R为10K。
[0017]优选的，引起雪崩的最小电压称为雪崩电压V
st
；如果反向高压超过特定值，会使雪崩噪声迅速变大，所述特定值电压称为击穿电压V
br
，结构包括：
[0018]在雪崩电压V
st
和击穿电压V
br
之间选一个工作电压V
op
；
[0019]所述的电容C充电公式V
t
＝V
s
+V
e
*exp(
‑
t/RC)，其中，V
s
为电容C上的初始电压值，Ve为电容C最终电压值，t是充电时间；
[0020]对于APD电路来说，上电后电容C开始充电，开始充电时候电容C的初始电压V
s
＝0V；经过时间t1，电容电压达到V
st
，经过时间t2，电容电压达到V
op
，为了使静态载流子充分释放，t2
‑
t1的时间大于渡越时间。
[0021]优选的，在所述APD采用InGaAs材料制作，相应耗尽区宽度W为2um，载流子饱和漂移速度V
d
为105m/s,则渡越时间为T
tr
＝W/V
d
＝2/105＝20ps。
[0022]优选的，若电容ESR＝10mΩ，并且，APD击穿电压V
br
＝30V，V
op
＝0.9*V
br
，V
st
＝0.7V
br
，根据27＝21+27*exp(
‑
t/RC)则得出旁路C最小为1.33nf；其中，V
t
＝27V，V
s
＝21V，V
e
＝27V。
[0023]优选的，电阻为10K，所以C选择nf级别，因此旁路C最大值为1uf。
[0024]优选的，本案同时考虑电容的温度和电压特性，在考虑足够裕量的情况下，在电阻R为10K时，选电容为10nf。
[0025]本专利技术对所述旁路电容处于限流电阻和高压产生芯片或者高压产生电路之间。其一端接于高压电路，另一端接高压电路地网络，用于高压启动瞬间充电。在RC充电常数内，使APD阴极达到雪崩电压点，快速释放掉累积的静态载流子。
【附图说明】
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0027]图1是本专利技术实施例提供的一种APD无电压时载流子在有源区的位置；
[0028]图2是本专利技术实施例提供的一种APD上电瞬间载流子快速流向两级示意图；
[0029]图3是本专利技术实施实例提供的一种APD保护电路示意图。
【具体实施方式】
[0030]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0031]在本专利技术的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本专利技术的限制。
[0032]APD是非常高效的光电转换器件。在没有施加电压的时候，入射光也会中器件的吸收区域产生光载流子并保持在相当长的时间，且这种静态的光载流子会一直累积。不施加电压时，光载流子将缓慢扩散到器件边缘或与相反电荷的光载体重新中和，但这种扩散和重组过程相对较慢。因此在APD上电之前有光入射，会建立很强的载流子群体，如果此时APD被迅速上电，载流子会迅速响应，形成强电流脉冲，由于这种脉冲电流不依赖于外加电源电
流，所以不会被外部监控电路监控到，这种强电流脉冲可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种APD保护电路结构，其特征在于，包括：在APD的旁路电路上设置RC旁通电路，其中，电阻R串联在所述APD的驱动电源供电线路上，电容C并联在所述电阻R与驱动电源连接的一端，并且，电容C的另一端接地。2.根据权利要求1所述的APD保护电路结构，其特征在于，所述电阻R的最大值取决于负载在最大光功率状态下的输出信号质量，具体的：光网络灵敏度响应水平为
‑
26dBm，表明此时的光功率P＝0.0025mW；因灵敏度附近，APD的特性决定此时增益M＝10，光电转换效率η＝0.6，本发明控制整个RC网路电压下降0.2V以内，确保APD的灵敏度特性，因此，I*R＜0.2，I＝P*M*η，进而得出R＜13.33K。3.根据权利要求2所述的APD保护电路结构，其特征在于，还包括：当APD接收到的光电流为5dBm时，即对应此时的光功率为3.1623mW；因大光附近APD的特性决定此时增益M＝1，光电转换效率为0.2，控制整个RC网络下降大于6V，则I*R＞6，I＝P*M*η，得出R＞9.5K；因此，9.5K＜R＜13.33K。4.根据权利要求3所述的APD保护电路结构，其特征在于，当耗尽区的电场达到饱和时，载流子以最大的漂移速度V
d
运动,设定耗尽层宽度为W，则渡越时间为T
tr
＝W/V
d
；对于典型的雪崩二极管，增益可以计算如下：M＝1/(2π*t
e
)/BW，其中，t
e
是有效传递时间，t
e
＝K
A
*T
tr
,K
A
是空穴和电子的冲击离化系数，T
tr
是渡越时间，BW是带宽。5.根据权利要求3所述的APD保护电路结构，其特征在于，为了保证整个网络最大限度减少对灵敏度的影响，所述电阻R为10K。6.根据权利要求1所述的APD保护电路结构，其特征在于，引起雪崩的最小电压称为雪崩电压V
st
；如果反向高压超过特定值，会使雪崩噪声迅速变大，所述特定值电压称为击穿电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德玲，盛于邦，王红亚，付永安，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：