Concevoir et simuler un circuit de photodiode pour votre PCB

Zachariah Peterson
|  Créé: July 28, 2021
Concevoir et simuler un circuit de photodiode pour votre PCB

Vos outils de conception doivent vous permettre de créer facilement des schémas de circuit, de simuler le comportement électrique et de lancer une nouvelle implantation de PCB. Un circuit de photodiode est important dans de nombreuses applications, allant de la simple détection de lumière ON/OFF à la réception de données numériques dans une fibre optique. Ces dispositifs semi-conducteurs sont similaires à une diode ordinaire, mais ils peuvent être difficiles à simuler sans les modèles de composants et les outils de conception de circuits appropriés.

Avec Altium Designer, vous n'aurez pas besoin d'utiliser des applications distinctes pour créer vos circuits de photodiodes, exécuter des simulations et préparer votre implantation de PCB. Tout se passe dans la même application, ce qui vous permet de rester productif. Si vous n'avez jamais conçu de circuit de photodiode et que vous avez besoin d'outils pour accomplir votre travail, voici comment Altium Designer peut vous aider.

ALTIUM DESIGNER®

La seule application de conception du secteur qui offre une personnalisation complète des données de votre projet de PCB et des bibliothèques de conception avec un ensemble complet d'outils de gestion des données de PCB.

Les photodiodes sont un élément de circuit simple mais important dans les systèmes optoélectroniques. Ces conceptions doivent convertir la lumière en un signal électrique pour toute une série d'applications. Les applications idéales vont des simples détecteurs de lumière DC avec seuillage (détection ON-OFF) aux circuits de détection d'impulsions pour les systèmes lidar. Quelle que soit l'utilisation que vous souhaitez faire d'une photodiode, vous devrez d’abord concevoir un circuit de photodiode et une simulation avant de créer votre schéma de montage.

Conception d'un circuit de photodiode

Une photodiode est un dispositif photosensible simple qui convertit la lumière en électricité. Une photodiode peut également être placée dans un circuit à polarisation inverse afin de produire une petite quantité de courant lorsqu'elle n'est pas éclairée. L'objectif d'un circuit à photodiode est de collecter et d'amplifier le courant de polarisation inverse produit par la photodiode lorsqu'elle est éclairée. Le courant de sortie sera une fonction linéaire de la puissance optique d'entrée :

Photodiode circuit equation

Courant produit dans une photodiode.

D'après l'équation ci-dessus, le courant de sortie est relativement linéaire lorsque la polarisation inverse est faible. Lors de la conception d'un circuit de photodiode, l'objectif est de collecter le courant et de le convertir en un niveau de signal utilisable avec un amplificateur. Le gain de l'étage d'amplification doit être adapté à l'entrée de l'ADC, mais le gain doit également être assez important pour suffisamment amplifier la sortie de la photodiode, sans pour autant saturer le circuit.

Recherche et sélection de photodiodes dans Altium Designer

Il existe de nombreux paramètres importants à prendre en compte lors de la sélection d'une photodiode. 

Parmi ceux-ci, citons : 

  • Le spectre de réactivité et la sensibilité
  • Le coefficient de température
  • Le courant de saturation en polarisation inverse
  • L'utilisation éventuelle d'une photodiode à avalanche
  • Les parasites (capacité électrique et résistance parasite)

Pour construire un circuit de photodiode, il faut trouver les bonnes pièces, notamment les modèles pour les composants et les simulations de circuit SPICE pour votre circuit et vos composants. Lors de la construction d'une simulation d'un circuit de photodiode, chacun de ces aspects doit être inclus dans le modèle de simulation afin de garantir que le comportement électrique du circuit puisse être décrit avec précision. Pour la simulation, la conception de schémas et l'implantation de PCB, vous aurez besoin d'outils d'approvisionnement qui s'intègrent à vos bibliothèques de composants pour vous assurer que vous pouvez construire des circuits et des simulations de photodiodes précis.

Altium Designer s'intègre à la chaîne d'approvisionnement électronique au sens large grâce au panneau Manufacturer Part Search, qui vous donne une visibilité complète de la chaîne d'approvisionnement électronique. Les concepteurs peuvent choisir la photodiode appropriée, voir les données d'approvisionnement et les prix, et repérer les composants avec des données vérifiées.

  • Utilisez le panneau Manufacturer Part Search dans Altium Designer pour trouver des modèles de composants et des modèles de simulation pour vos composants. Vous avez besoin de modèles de composants précis pour vos schémas afin de créer votre circuit de photodiode. En savoir plus sur le panneau Manufacturer Part Search d'Altium Designer (en anglais).
  • Une partie importante de la conception d'un circuit de photodiode est l'étage d'amplification, qui augmente le signal de sortie de l'amplificateur afin qu'il puisse être mesuré avec un convertisseur analogique-numérique (CAN). En savoir plus sur la création d'une simulation d'amplificateur dans Altium Designer.
  • Les systèmes opto-électroniques de haute précision ont besoin d’un faible décalage, de faibles parasites et d'une alimentation stable pour fonctionner correctement.

Photodiode circuit

Trouvez les composants de circuit photodiode dont vous avez besoin avec le panneau de recherche de pièces du fabricant dans Altium Designer.

Simulations de circuits de photodiode

Les simulations de circuit de photodiode visent à examiner certains des comportements électriques suivants :

  • Réponse transitoire aux impulsions lumineuses d'entrée ou à la lumière continue
  • Utilisation d'une ligne de charge pour déterminer le mode photoconducteur ou photovoltaïque
  • Détermination de la réactivité
  • Détermination des changements de comportement électrique en fonction des changements de température
  • Conception du niveau de gain correction dans l'étage d'amplification

Certains de ces aspects nécessitent l'utilisation d'un modèle de composant pour photodiode précis, mais d'autres ont besoin de l'utilisation de sources de simulation pour modéliser la lumière d'entrée et les effets du placement du circuit en polarisation inverse. Les simulateurs SPICE peuvent être utilisés à condition que les composants que vous sélectionnez comprennent les bons sous-circuits SPICE pour les simulations de signaux mixtes.

Création de simulations précises dans Altium Designer

Les composants génériques d'Altium Designer et la bibliothèque Simulation Sources peuvent être utilisés avec les modèles de simulation fournis par les fabricants et les sous-circuits SPICE personnalisés. Pour un circuit de photodiode, un modèle de simulation impliquant une photodiode polarisée et une source de courant sera utilisé pour simuler une photodiode illuminée. Les outils de composants et l'éditeur de schémas d'Altium Designer permettent de construire facilement des simulations pour votre circuit de photodiode.

L'outil MixedSim d'Altium Designer est conçu pour permettre des simulations logiques, des simulations analogiques et des simulations de courant continu. Les concepteurs peuvent construire des modèles pour leurs circuits de photodiodes en utilisant des composants disponibles dans le commerce et des composants génériques. Ils peuvent également effectuer toutes les tâches de simulation standard que l'on trouve dans un package SPICE, mais dans une interface conviviale avec des visualisations intuitives. Mieux encore, ces outils de simulation sont disponibles dans la même application que votre éditeur de schémas et vos outils de sélection de composants.

  • La simulation de votre circuit de photodiode commence par le bon package SPICE. Altium Designer inclut un solver SPICE propriétaire à côté des outils ECAD standard.
  • Les fonctions de conception de circuits et d'implantation de PCB d'Altium Designer sont idéales pour la création d'un étage amplificateur destiné à supporter votre circuit à photodiode. En savoir plus sur la simulation d'amplificateur dans Altium Designer. 
  • L'éditeur de schémas d'Altium Designer permet une conception hiérarchique, de sorte que plusieurs blocs de circuits peuvent être mis en cascade pour former un système plus vaste. Il est facile d'organiser vos schémas dans Altium Designer. En savoir plus sur l'organisation de vos schémas dans Altium Designer. 

Photodiode circuit simulation modelConstruction d'un modèle de simulation pour un circuit de photodiode.

Conception de schémas, simulation et implantation en une seule application

Grâce à l'ensemble des fonctions de conception et de simulation de circuits d'Altium Designer, vous disposez d'un ensemble complet d'outils pour créer et simuler des circuits de photodiodes. Vous pouvez faire bien plus qu'exécuter des simulations et déterminer des lignes de charge. Le moteur de conception unifié à base de règles d'Altium Designer garantit que tous vos outils de conception seront intégrés dans un seul programme et fonctionneront ensemble avec le même ensemble de règles de conception. En outre, les outils de gestion des composants vous permettent d'attribuer les modèles de simulation dont vous avez besoin pour vos composants afin de simuler correctement vos circuits de photodiodes.

Altium Designer et Altium 365 unifient la conception et la gestion des circuits imprimés

Avec la plateforme Altium 365, les concepteurs peuvent partager leurs projets de PCB Altium avec des collaborateurs distants sur une plateforme cloud sécurisée. Lorsque votre équipe utilise la plateforme Altium 365, elle peut facilement accéder et collaborer sur des projets de conception de cartes électroniques dans Altium Designer. Il n'a jamais été aussi facile de partager des schémas, des composants, des modèles de simulation, des fichiers d'implantation de circuits imprimés et des packages de fabrication.

Photodiode circuit pcb layout

L'ensemble complet d'outils de conception de PCB d'Altium Designer peut vous aider à créer vos schémas de circuit de photodiode et votre implantation de PCB.

Altium Designer est la seule plateforme unifiée de conception de circuits imprimés permettant de concevoir et de simuler des circuits de toute complexité, et de créer des schémas de montage de haute qualité à l'aide d'un ensemble puissant outils CAO. Avec la plateforme Altium 365, votre équipe peut travailler avec une efficacité maximale dans l'environnement unifié d'Altium Designer. Passez à la vitesse supérieure dès aujourd'hui pour avoir accès aux meilleurs outils de conception de cartes électroniques et aux meilleures fonctions de gestion des données du secteur.

Altium Designer sur Altium 365 offre une intégration sans précédent à l'industrie électronique jusqu'ici reléguée au monde du développement de logiciels, permettant aux concepteurs de travailler depuis leur domicile et d'atteindre des niveaux d'efficacité sans précédent.

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A propos de l'auteur

A propos de l'auteur

Zachariah Peterson possède une vaste expérience technique dans le milieu universitaire et industriel. Avant de travailler dans l'industrie des PCB, il a enseigné à la Portland State University. Il a dirigé son M.S. recherche sur les capteurs de gaz chimisorptifs et son doctorat en physique appliquée, recherche sur la théorie et la stabilité du laser aléatoire. Son expérience en recherche scientifique couvre des sujets tels que les lasers à nanoparticules, les dispositifs électroniques et optoélectroniques à semi-conducteurs, les systèmes environnementaux et l'analyse financière. Ses travaux ont été publiés dans diverses revues spécialisées et actes de conférences et il a écrit des centaines de blogs techniques sur la conception de PCB pour de nombreuses entreprises. Zachariah travaille avec d'autres sociétés de PCB fournissant des services de conception et de recherche. Il est membre de l'IEEE Photonics Society et de l'American Physical Society

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