摘 要

雪崩光电探测器正常工作时，所在系统会对它有非常高的要求。在使用雪崩光电探测器时随着噪声的增加，它会很大程度得降低所输出的正确性，但是对于这些寿命很长、可靠性很高的电子元器件，我们可以用加速老化实验在短时内取到它长期使用过程中噪声的变化规律。为了更好得实现APD老化实验，本文我们设计了一款APD老化软件系统来操作老化箱对APD进行老化测试。

本系统总共可以测试1536路信号，独立恒温区两个，并且可以对APD进行监控，测试其APD电流和电压、TIA电流和电压以及温度等数据来作为参考对APD的老化状态实行控制。

本老化软件系统设计基本上分为三个模块：温度控制模块、老化参数测试模块、串口通信程序。三个模块配合完成对老化系统进行流程的控制，实现单片机与PC端的交互。结果证明，本系统基本实现了软件系统对老化箱的控制对APD进行监控测试的设计要求。

关键词： 雪崩光电探测器；可靠性；老化软件；老化箱

Abstract

When the avalanche photodetector works normally, the system will have very high demands on it. In the use of avalanche photodetectors with the increase of noise, it will greatly reduce the accuracy of the output, but for these long-lived, highly reliable electronic components, we can use accelerated aging experiments in short The law of noise during long-term use is taken in time. In order to better achieve the APD aging experiment, we designed an APD aging software system to operate the aging box to perform APD aging test.

The system can test a total of 1536 signals, two independent temperature zone, and can monitor the APD, test its APD current and voltage, TIA current and voltage and temperature data as a reference to control the aging of the APD.

The aging software system is basically divided into three modules: temperature control module, aging parameter test module, serial communication program. The three modules cooperate to complete the process control of the aging system and realize the interaction between the microcontroller and the PC. The result proves that the system basically realizes the design requirements of the software system for the control of the aging box to monitor and test the APD.

Key Words：Avalanche Photodetector; Reliability; Aging Software; Aging Box

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 背景资料 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 目的与意义 2

1.4 课题研究的内容和本文结构 3

第2章 APD老化软件系统的需求及设计方案 4

2.1 APD内部结构 4

2.2高温老化原理 5

2.3老化系统功能需求 5

2.3.1功能要求 6

2.3.2性能要求 6

2.4系统设计 6

2.5本章小结 7

第3章 软件系统设计 8

3.1软件系统的整体方案设计 8

3.2老化箱温控系统 9

3.2.1数据采集模块 9

3.2.2 PID控制 10

3.3老化参数测试 12

3.4串口通信设计 12

3.5 UPS异常断电系统 13

3.6本章小结 14

第4章 实验结果与讨论 15

4.1软件系统的部分功能展示 15

4.2 APD老化测试结果分析 18

4.3 本章小结 18

第5章 结论 19

参考文献 20

致 谢 22

第1章 绪论

1.1 背景资料

光电检测系统中，光电探测器是的一个很重要的器件，被常用于天文观测、生物成像、医学医疗、卫星通信、光纤传感、空间遥感等地方。激光通信中，APD是其中使用的光敏电子元件。在偏置电压被加到由硅或锗制成的光电二极管的P-N结之后，入射光被P-N结吸收以形成光电流。 而由于增加反向偏压将产生雪崩（即光电流的倍增），所以这样的二极管被称为“雪崩光电二极管”。

随着时代的发展，通信速度也在加快，人们对高速光电元件和光电子器件的兴趣也日益增加。APD管由于其本身所具有的快速与扩流的用处，因此在现在得到了很广大的用处。探测器有时候需要稳定工作数年或数十年用在一些环境下。所以这时它的性能可靠性对于在连续工作状态下的演化情况就必须要格外注意，防止其损坏。可是，现在有关这方面的研究还很少，微乎其微。有些需要工作几十万小时的器件，想要在很短期内获得它可靠性的变化，就需要进行加速老化实验了。即对比观察加速老化前后光电探测器性能的变化情况，由此来研究探测器可靠性的变化趋势。但是正常工作的光电探测器，在把光信号转换为电信号的时候额外的噪声也不可避免。来源于光源和探测器的信号都会产生很多的噪声，都会导致探测信号可靠性降低甚至信号失真。这样会极大程度的减小器件输出信号的准确性和真实性，乃至于造成在测量上的误差甚至是损坏器件正常工作状态。光电器件在初期噪声相对较小，可以忽略，但是随着使用时间变长，将出现一系列的问题。材料和器件的老化、外界环境对其的影响都慢慢明显，噪声开始不停加大乃至于影响器件的输出信号。如果要消除噪声的影响就要测量器件噪声的变化规律。但是对于使用寿命长的器件来说，在短期内，根本无法得到它的正常使用时噪声的变化情况。而作为广泛使用的光电器件，有时其使用环境也会达到一定恶劣的程度以至于无法测量。鉴于以上所有状况，加速老化实验是十分必要的，因此需要我们在实验室中设计实验加速模拟光电器件长时间使用的情况，甚至是模拟其在极端的环境下使用的情况，测试它的噪声转变。

1.2 国内外研究现状

关于测试技能研究和产业，美国、日本和德国引领了全球的前线。光电探测技术主要是美国引领着，站在世界的前面，现在，国内外正在研究APD测验设施的公司和厂家大有人在，在美国发展市场中，首当其冲的就是Keithley公司，事实上，该公司领先的原因主要是因为其仪器设备生产技术均领先于其他同类型公司。