[发明专利]一种APD工作电压自动选择装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode，APD)的工作电压，更具体的，涉及一种APD工作电压自动选择装置及方法。

背景技术

APD在国防工业和科研领域有重要应用，例如，在光谱分析仪器、激光测距设备和雷达系统中，APD是其重要的光学元件，常用来测量微弱光信号。对于微弱光信号测量，信噪比这一指标尤为重要，信噪比的高低将直接影响测量数据的准确性。

在不同工作电压和工作温度条件下，APD的参数会随之变化。APD工作温度的降低可以减小APD的噪声，APD的工作电压的升高会增大APD的响应度和噪声。因此，除了要使APD在较低温度条件下工作，还要在噪声和响应度两者间做一个折中，通过选取一个合适的APD工作电压来提高APD的信噪比。

但是，目前各品牌APD的技术手册只提供APD击穿电压这一参数，而没有推荐合适的工作电压。在应用APD进行微弱光信号测量时，APD工作电压的选取只能凭借经验，而没有可循的原则，这给开发者带来了不便，过低或过高的工作电压将会降低APD的信噪比，影响数据测量的准确性。因此，亟需一种可以自动选择APD工作电压的方法来解决此问题。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供了一种APD工作电压自动选择装置，旨在解决APD工作电压只能凭经验选取导致APD输出信号信噪比低技术问题。

作为本发明的一方面，本发明提供了一种APD工作电压自动选择装置，包括：

脉冲光源模块，其控制端接收通断信号并根据通断信号开通或关断脉冲光；

直流高压电源，其控制端接收并根据第一电压控制信号输出偏置电压信号，偏置电压信号为APD提供偏置电压；

峰值检测模块，用于获取偏置电压下的APD阳极信号，并提取峰值输出APD阳极信号的峰值；

控制模块，其输入端与峰值检测模块连接，第一输出端与直流高压电源控制端连接，第二输出端与脉冲光源模块控制端连接；调整第一电压控制信号使偏置电压先后为工作电压区间的两个端点值，同时调整通断信号先后发射和不发射脉冲光，获得在不同偏置电压和有无脉冲光的情况下的APD阳极信号的峰值；根据APD阳极信号的峰值获得工作电压区间两个端点的信噪比，将工作电压区间分为两个工作电压子区间，选择信噪比大的端点所在工作电压子区间作为工作电压区间，通过多次更新工作电压区间获得最佳工作电压区间，首次更新的工作电压区间根据APD击穿电压确定。

本发明提供的APD工作电压自动选择装置，由控制模块输出通断信号让脉冲光源模块发出脉冲光，APD检测脉冲信号，并由控制模块输出第一电压控制信号，使直流高压电源输出的偏置电压信号为工作电压区间的左端点电压，峰值检测模块提取在左端点电压偏置下APD阳极信号的峰值，此时的阳极信号为脉冲信号，控制模块调整通断信号让脉冲光源模块停止发射脉冲光，APD输入端电压仍为工作电压区间左端点，峰值检测模块检测APD阳极信号的峰值，此时APD阳极信号为噪声信号，根据在APD导通与截止时的阳极信号的峰值获得APD在工作电压区间左端点的信噪比，同理，获得APD在工作电压区间右端点的信噪比，将工作电压区间分为两个工作电压子区间，选择信噪比大的端点所在工作电压子区间作为为下一个工作电压区间，由于APD的信噪比与工作电压是先递增后递减的关系，选择信噪比更高的工作电压子区间更接近于APD信噪比峰值所在的工作电压区间，通过多次调整工作电压区间获得最佳工作电压区间，初始的工作电压区间可以根据APD击穿电压来确定。

进一步地，还包括信号放大模块，其输出端与峰值检测模块输入端连接，用于将APD阳极信号进行放大，并输出放大后APD阳极信号。

进一步地，还包括温度控制模块，根据APD内置的热电制冷模块输出的温度信号确定输出温度控制电流的极性，不同极性的温度控制电流使APD内置热电制冷模块在制热状态或制冷状态切换。

温度控制模块的使用避免了环境温度变化影响APD阳极信号的信噪比，使得根据APD阳极信号的信噪比选择出的最佳工作电压区间更加精确。

进一步地，温度控制模块包括

热敏信号放大器，其输入端用于接收APD内置的热电制冷模块输出的温度信号，将温度信号和预设温度信号的差值转化为差值电压信号；

PID控制器，其输入端与热敏信号放大器输出端连接，用于对差值电压信号进行比例，积分和微分控制，输出第二电压控制信号；

双极性恒流源，其输入端与PID控制器输出端连接，用于根据第二电压控制信号确定温度控制电流的极性。