周祥 周国清 张飙

摘  要： 为使APD阵列芯片在不同温度下保持较为恒定的增益，设计反向偏压自动温度补偿系统。采用STM32微处理器对热敏电阻分压采样和A/D转换后计算获得阵列芯片工作温度，根据工作温度求解出合适的反向偏压值，再通过调节数字电位器控制高压模块输出解算得到的反向偏压至APD阵列芯片。采用Matlab仿真方法获取匹配电阻的阻值避免了繁琐的数学推导。应用μC/OS嵌入式操作系统实现多任务程序设计，且任务间采用消息邮箱通信，提高了软件运行的稳定性和可靠性。测试结果表明，使用该温度补偿系统的5×5 APD阵列芯片的每个通道都能在不同温度下保持本通道输出信号幅度基本恒定，证明了系统的有效性和实用性。

关键词： APD阵列芯片; 偏置电压; 温度补偿; 数字电位器; 芯片工作温度; 任务程序设计

中图分类号： TN722?34; TP301.6                     文献标识码： A                  文章编号： 1004?373X（2019）16?0083?05

多个APD（雪崩二极管）集成在一个芯片上形成APD阵列芯片，此类芯片用于脉冲式激光雷达再配合多路高精度计时可以对探测目标瞬间三维成像[1]。APD在反向高压偏置下，经光照射后产生雪崩倍增效应，使流过APD的电流是相同光照条件下零偏置电压时电流的M倍，M为倍增增益，其值可达数百，但M过大APD内信噪比降低，会淹没有用信号[2]。制造公差和温度变化都会引起倍增增益M剧烈变化，APD阵列芯片上的多个APD是在相同条件下制备出来的，故只考虑温度变化对M的影响。温度恒定时APD反向偏置电压UR与雪崩击穿电压UBR的比值k决定了M的大小，二者函数关系由式（1）给出[3?4]，温度变化时UBR随之变化，故应控制[UR]跟随温度进行改变，才能保证APD倍增增益M基本稳定。……