摘 要：本文设计了一种高速峰值检测功能的光电二极管阵列结构，可用于对高速信号进行实时检测，给出了设计总体流程图，以及各主要组成部分的硬件电路关系等。通过实验可知，系统满足设计要求。
关键词：峰值检测电路 光电二极管 高速探测
中图分类号：X831 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）09（a）-0123-01
光电二极管阵列是一种应用广泛的线性阵列探测器，在现有的产品中（主要是国外产品）按照输出信号的特征，主要分为两大类：模拟输出和数字输出。对于各种模拟输出的光电二极管阵列，除了制作工艺和材料的不同，主要是像素数目的差别，从几个像素到近千个像素的产品都有，常用的是32和64像素产品。
目前产品中主要问题在于由于器件利用积分检测原理检测光信号，积分时间较长，而且很容易达到饱和，在模数转换器方面，现有产品中为整片或部分阵列共用一个转换器，速度较慢。在每个像素单元后集成一个像素级AD转换器，依靠大量低速AD转换器并行工作，达到信号高速数字化转换的目的；而且在像素单元后带有滤波器，通过滤波功能，提高信噪比。本项目的技术水平，属于国内领先水平，该项目产品研制成功后，可以用于各种光谱分析仪器和光电信号探测领域，尤其适合于需要高速光电转换和处理的军事应用方面。技术指标：光谱范围：400～1100nm，波长分辨率10nm，响应速度：0.1ms，动态范围：160dB。各项技术指标处于国内领先水平。
1 高速峰值检测系统设计
高速峰值检测功能的光电二极管阵列，在前端使用高速PIN光电二极管实现光信号探测，随后通过滤波器将有用信号滤出，滤出信号通过低噪声放大器和峰值保持器送入像素级的AD转换器实现信号数字化，最后通过接口器件将多路并行工作的电路进行集成组成光电二极管阵列。光电二极管阵列的总体框图设计如图1所示。
2 低噪声前置放大器的设计
低噪声前置放大器是微弱信号检测的关键部件之一，担负着放大微弱信号的任务，因为对于微弱信号检测来说，关键的措施之一就是尽量减小测量过程中引入的噪声，而前置放大器是引入噪声的主要部件之一，由于信号十分微弱，则要求前置放大器具有低噪声性能，不然由于前置放大器本身的噪声将会使原来就被噪声淹没的信号淹没得更深。这就要求前置放大器必须是一个性能优良的具有抑制噪声能力的放大器。设计低噪声放大器的主要内容是选择低噪声半导体器件，确定电路的级数和电路组态，确定低噪声工作点，进行噪声匹配等工作。工作点问题是一个考虑重点，因为它对于器件的重要指标—— 功耗有很大的影响。
3 峰值保持器的设计
探测器输出的信号经过放大或整形后的脉冲峰顶较窄，甚至是尖顶的，不能满足AD转换器的要求，这时必须要由一个峰值保持电路将脉冲的峰值保持一定的时间，再送往后续电路。峰值检测的主要目的也是为了抑制噪声的影响，用瞬态峰值检测法取代传统的积分检测，可以进一步提高信噪比。峰值保持电路可由一级精密二极管和一级电压跟随器组成。添加保护电路后，电路图如图2所示。有用的信号检出之后，而后是进行模数转换，转换之前首先要对信号进行取样保持，只需要一个电容就可以实现此功能，为了控制采样时间我们需要设计一个开关，可用MOS开关实现，通过设置时钟信号，确定采样时间。还有一个注意的问题就是，如果电压信号不够大，还需要再加一级放大然后再转换。
4 结语
设计了一种高速峰值检测功能的光电二极管阵列结构，可用于对高速信号进行实时检测。完成了系统低噪声前置放大器的设计，完成了峰值保持器的设计，并给出了硬件电路图。最终，通过实验检测系统设计符合要求。
参考文献
[1] George Mount， Brian Rumburg， Brian Lamb，et al.DOAS Measurement of Atmospheric Ammonia Emissions at a Dairy[J].NSTL，2001，10：1-15.
[2] John G.Murphy，Stephen O Driscoll， Niall J.Smith.Multi-Path DOAS for Tomographic Measurements[J].SPIE，2003，4876：875-885.
[3] Michael Buchwitz.Retreval of CH4，CO，CO2 total column amounts from SCAMACHY near-infrared nadir spectra：Retrieval algorithm and first results[J].SPIE，2004，5235：375-388.