本文聚焦于一款高速光電二極管信號調理電路，其具備暗電流補償功能，旨在高效轉換高速硅 PIN 光電二極管產生的電流，并驅動 20MSPS 模數轉換器（ADC）輸入。該電路組合在 400nm 至 1050nm 頻譜范圍內，展現出 49nA 的光電流靈敏度、91dB 的動態范圍以及 2MHz 的帶寬，采用 ±5V 電源供電，功耗僅 40mA，適用于便攜式高速、高分辨率光強度應用，如脈搏血氧儀（如圖 1 所示為該電路原理示意，未顯示所有連接和去耦）。

一、應用拓展

此電路憑借卓越性能，除主要用于高精度光強度檢測外，還可靈活運用于模擬光隔離器領域。同時，對于那些對帶寬要求更高而分辨率需求相對較低的應用場景，例如自適應速度控制系統，該電路同樣能夠勝任，展現出其廣泛的適用性。

二、電路優化設計要點

為滿足特定帶寬應用需求，本電路筆記深入探討圖 1 所示電路的優化設計流程，涵蓋穩定性計算、噪聲分析以及器件選型考量等多個關鍵環節，力求在復雜的應用背景下，實現電路性能的精準調配。

三、光電二極管工作特性

光電二極管作為一種高阻抗傳感器，主要用于光強度檢測，雖無內部增益，但在高光級應用中優勢顯著。其工作模式可分為零偏置（光伏）模式與反向偏置（光導）模式。光伏模式下可實現最為精確的線性運算；而光導模式則側重于提升開關速度，不過會相應犧牲部分線性度。特別值得注意的是，在反向偏置狀態下，即使無光照，也會出現少量暗電流。針對這一問題，可通過在運算放大器同相輸入端引入第二個相同型號的光電二極管，有效抵消暗電流誤差，具體連接方式如圖 1 所示。

四、光電二極管響應時間影響因素

光電二極管的響應時間受三個關鍵因素影響：

耗盡區域內載流子的充電收集時間；

未耗盡區域內載流子的充電收集時間；

二極管電路組合的 RC 時間常數。

鑒于結電容與光電二極管的擴散區及施加的反向偏置緊密相關，選用擴散區較小的光電二極管并配合較大反向偏置，能夠有效縮短上升時間。在 CN-0272 電路筆記中，采用的 SFH2701PIN 光電二極管結電容典型值在 0V 偏置時為 5pF，而在 1V 反向偏置時降至 2pF，5V 反向偏置時進一步降低至 1.7pF。本電路的所有測量均在 5V 反向偏置條件下完成。
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