Diseño y simulación de un circuito de fotodiodos para su PCB

Zachariah Peterson
|  Creado: July 29, 2021
photodiode circuit

Sus herramientas de diseño deberían brindarle una manera sencilla de crear diagramas de circuitos, simular comportamientos eléctricos y crear una nueva disposición para su PCB. Los circuitos de fotodiodos son importantes para muchas aplicaciones, desde la simple detección ENCENDIDO/APAGADO lumínica hasta la recepción de datos digitales en fibra óptica. Estos dispositivos semiconductores son similares a un diodo normal, pero pueden resultar difíciles de simular sin los modelos de componentes y las herramientas de diseño de circuitos adecuadas.

Con Altium Designer, usted no necesitará usar aplicaciones independientes para crear sus circuitos de fotodiodos, ejecutar simulaciones y preparar su disposición de PCB. Todo ocurre en la misma aplicación, lo que le ayuda a mantener alta su productividad. Si nunca ha diseñado un circuito de fotodiodos y necesita herramientas para hacerlo, a continuación, le indicamos en qué puede ayudarle Altium Designer.

ALTIUM DESIGNER®

La única aplicación de la industria que ofrece una personalización total de los datos de su proyecto de PCB y bibliotecas de diseño con un conjunto completo de herramientas de gestión de datos de PCB.

Los fotodiodos son un elemento sencillo pero importante en los sistemas optoelectrónicos. Estos diseños deben convertir la luz en una señal eléctrica para una gama de aplicaciones. Las aplicaciones ideales van desde detectores sencillos de luz DC con umbralización (detección ENCENDIDO/APAGADO) hasta circuitos de detección de pulsos para sistemas lídar. Sin importar cómo quiera usar un fotodiodo, necesitará diseñar un circuito de fotodiodos y su simulación antes de crear su disposición de PCB.

Diseño de un circuito de fotodiodos

Un fotodiodo es un dispositivo fotosensible simple que convierte la luz en electricidad. Un fotodiodo se puede colocar en un circuito de polarización inversa para que produzca una pequeña cantidad de corriente cuando no esté iluminado. El objetivo del uso de un circuito de fotodiodos es recolectar y amplificar la corriente de polarización inversa que se produce desde el fotodiodo cuando se lo ilumina. La corriente de salida será una función lineal de la potencia de entrada óptica:

Corriente producida en un fotodiodo.

A partir de la ecuación antes indicada, la corriente de salida se incrementa de manera relativamente lineal a bajos niveles de polarización inversa. Al diseñar un circuito de fotodiodos, el objetivo es recolectar la corriente y convertirla a un nivel útil de señal con un amplificador. La ganancia del amplificador debe coincidir con la entrada ADC, pero esta ganancia también debe ser lo suficientemente grande como para amplificar adecuadamente la salida del fotodiodo. Además, la ganancia en el circuito de fotodiodos no debe ser tan grande como para que el circuito se sature.

Encontrar y seleccionar fotodiodos en Altium Designer

Existen muchos parámetros importantes a considerar cuando se elige un fotodiodo. Algunos de estos son:

  • Espectro de capacidad de respuesta y sensibilidad
  • Coeficiente de temperatura
  • Corriente inversa de saturación
  • Si debe usarse un fotodiodo de avalancha
  • Corrientes parásitas (capacitancia y resistencia "shunt")

Para poder crear un circuito de fotodiodos es necesario encontrar los componentes adecuados, incluyendo los modelos de componentes y los circuitos de simulación SPICE para sus circuitos y componentes. Al crear una simulación de un circuito de fotodiodos, cada uno de estos aspectos debe incluirse en el modelo de simulación para garantizar que el comportamiento eléctrico del circuito se pueda describir con precisión. Para hacer simulaciones, diseños de diagramas esquemáticos y disposiciones de PCB, necesitará unas herramientas de procura capaces de integrarse con sus bibliotecas de componentes para asegurarse de poder crear  circuitos y simulaciones precisas de fotodiodos.

Altium Designer se integra con la gran cadena de suministro de componentes electrónicos mediante el panel de Búsqueda de Componentes por Fabricante (Manufacturer Part Search), lo que le brinda una visibilidad total sobre la cadena de suministros de componentes electrónicos. Los diseñadores pueden elegir el fotodiodo adecuado, ver los datos de procura y precios e identificar los componentes con huellas verificadas.

Encuentre todos los componentes para circuitos de fotodiodos que necesite con el panel de Búsqueda de Componentes por Fabricante (Manufacturer Part Search) en Altium Designer.

Simulaciones de circuitos de fotodiodos

Lo que se busca con las simulaciones de circuitos de fotodiodos es examinar algunos de los siguientes comportamientos eléctricos:

  • Respuesta transitoria a entradas de pulsos de luz o luz continua
  • Usar una línea de carga para determinar la modalidad fotoconductiva vs. la fotovoltaica
  • Determinar la capacidad de respuesta
  • Determinar los cambios en el comportamiento eléctrico vs. los cambios de temperatura
  • Diseño del nivel correcto de ganancia para la etapa del amplificador

Algunos de estos aspectos precisan del uso de un modelo preciso de componentes para un fotodiodo, pero otros requieren del uso de fuentes de simulación para simular la entrada de luz y los efectos de colocar el circuito en polarización inversa. Los simuladores de SPICE se pueden usar siempre que los componentes que usted seleccione incluyan subcircuitos SPICE precisos para simulaciones de señales mixtas.

Crear simulaciones precisas en Altium Designer

Los componentes genéricos en Altium Designer y la biblioteca de Fuentes de Simulación (Simulation Sources) se pueden usar junto con los modelos de simulación suministrados por los fabricantes y con los subcircuitos SPICE personalizados. Para un circuito de fotodiodos, se utilizará un modelo de simulación que incluya un fotodiodo de polarización inversa y una fuente de corriente para simular un fotodiodo iluminado. El editor de diagramas esquemáticos y las herramientas para componentes de Altium Designer le facilitan la creación de simulaciones para su circuito de fotodiodos.

La herramienta MixedSim en Altium Designer está diseñada para hacer simulaciones a nivel lógico, simulaciones analógicas y simulaciones DC. Los diseñadores pueden crear modelos para sus circuitos de fotodiodos usando componentes disponibles en el mercado y componentes genéricos. También pueden ejecutar todas las tareas de simulación estándar que se encontrarían en paquete SPICE, pero con una interfaz amigable con visualizaciones intuitivas. Y lo mejor de todo es que estas herramientas de simulación están disponibles en la misma aplicación que su editor de diagramas esquemáticos y sus herramientas de selección de componentes.

Crear un modelo de simulación para un circuito de fotodiodos.

Diseño de diagramas esquemáticos, simulación y disposición en una sola aplicación

Con el conjunto completo de características de diseño y simulación en Altium Designer, usted tendrá un conjunto completo de herramientas para crear y simular circuitos de fotodiodos. Puede hacer mucho más que simplemente ejecutar simulaciones y determinar líneas de carga. El motor de diseño unificado basado en reglas de Altium Designer le garantiza que todas sus herramientas de diseño estén integradas en un único programa y que funcionen todas juntas con el mismo conjunto de reglas de diseño. Además, las herramientas de gestión de componentes le permiten asignar los modelos de simulación que necesitará para que sus componentes puedan simular adecuadamente sus circuitos de fotodiodos.

Altium Designer y Altium 365 unifican el diseño y la gestión de PCB.

Con la plataforma Altium 365, los diseñadores pueden compartir sus proyectos de PCB de Altium con colaboradores remotos desde una plataforma segura basada en la nube. Cuando su equipo utiliza la plataforma de Altium 365, pueden acceder con facilidad y colaborar en proyectos de diseño de tarjetas de circuitos con Altium Designer. Hoy es más fácil que nunca compartir diagramas esquemáticos, componentes, modelos de simulación, archivos de disposición de PCB y paquetes para fabricación.

El completo conjunto de herramientas de diseño de PCB de Altium Designer le ayudará a crear diagramas esquemáticos para sus circuitos de fotodiodos y su disposición de PCB.

Altium Designer es la única plataforma unificada de diseño de PCB que permite diseñar y simular circuitos de cualquier nivel de complejidad, y crear disposiciones de PCB de alta calidad con un poderoso conjunto de herramientas de CAD. Con la plataforma de Altium 365, su equipo puede operar a máxima eficiencia en el entorno integrado de Altium Designer. Cámbiese hoy mismo y obtenga acceso a las mejores herramientas de diseño de tarjetas de circuitos y características de gestión de datos del sector.

Altium Designer en Altium 365 le brinda unas capacidades de integración sin precedentes en la industria electrónica, que hasta ahora estaban relegadas al desarrollo de software. Esto les permite a los diseñadores trabajar desde casa y lograr unos niveles de eficiencia sin precedentes.

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Sobre el autor / Sobre la autora

Sobre el autor / Sobre la autora

Zachariah Peterson tiene una amplia experiencia técnica en el mundo académico y la industria. Actualmente brinda servicios de investigación, diseño y marketing a empresas de la industria electrónica. Antes de trabajar en la industria de PCB, enseñó en la Universidad Estatal de Portland y realizó investigaciones sobre la teoría, los materiales y la estabilidad del láser aleatorio. Su experiencia en investigación científica abarca temas de láseres de nanopartículas, dispositivos semiconductores electrónicos y optoelectrónicos, sensores ambientales y estocástica. Su trabajo ha sido publicado en más de una docena de revistas revisadas por pares y actas de congresos, y ha escrito más de 1000 blogs técnicos sobre diseño de PCB para varias empresas. Es miembro de IEEE Photonics Society, IEEE Electronics Packaging Society, American Physical Society y Printed Circuit Engineering Association (PCEA), y anteriormente se desempeñó en el Comité Asesor Técnico de Computación Cuántica de INCITS.

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