这篇文章的内容来自 Microchip 用于光探测应用 MCP6491 应用笔记。
光电二极管是一种转化为小电流(与光辐照强度成正比)的光探测器。
光电二极管等效电路：
① 结点分流电阻Rj：Rj 表示零偏置下光电二极管结点的并联电阻。理想光电二极管具有阻值无限大的Rj，但 Rj 实际值通常是几千MΩ， 该值取决于光电二极管材料，温度每升高一次 10°C 会减少一半 Rj 能产生低噪声光电二极管电流。
② 结电容Cj：Cj与PD与反向偏置电压成正比。 对于零偏置下的小尺寸二极管，典型值为数十 pF。PD结电容对后续放大电路和噪声有很大影响。
③ 串联电阻Rs：Rs 它是光电二极管的焊和接触点的电阻，典型值为数十 Ω，远小于 Rj。 可以忽略大多数应用。
④ 暗电流Id：Id 在反向偏置电压条件下流过光电二极管的小泄漏电流，常温下为pA量级。 即使没有光，Id也会存在，温度每升10次°C其值将加倍。零偏置条件下无暗电流。
对于光电二极管，除上述电学参数外，还度，QE、FOV这里不详细说明等待光学参数。
光伏模式和光导模式是光电二极管的两种工作模式。
① 光伏模式：光电二极管两端电压为零。理想情况下，光电二极管不会流过任何暗电流，线性和灵敏度最高， 而且噪声水平相对较低(只有 RJ 热噪声)。因此，光伏模式非常适合高精度应用。下图为光伏模式PD事实上，由于光照，跨阻放大电路uV反向偏置也会带来暗电流。
② 光导模式：光电二极管两端有反向偏置电压。反向偏置电压会降低二极管结电容，缩短响应时间。因此，光导模式适用于高速应用 （例如，高速数字通信）。该模式的主要缺点包括存在暗电流、非线性度和高噪声水平（Rj 的热噪声和 Id散粒噪声)PD跨阻放大电路。
(1)选择运算放大器参数
① 偏置电流输入低Ib：由于偏置电流Ib 直流输出电压误差等于Ib*Rf，Ib会随着温度的升高而升高，所以高温下的误差会更大。
② 低输入失调电压Vos：常温下，由Vos直流输出电压误差等于 Vos*(1 Rf/Rj)；由于Rf远小于Rj，增益约为1 ，误差约等于 Vos。
③ 低输入噪声电流密度：噪声电流通过Rf，会产生电阻噪声电压。
④ 低输入噪声电压密度：通过噪声增益放大输入噪声电压，对输出噪声水平有显著影响。
(2)光电二极管放大电路设计
① 反馈电阻Rf：反馈电阻（Rf）值应尽可能高，以为光电流提供高跨电阻增益。对于高精度应用，应选择严格容差和低温系数的大电阻。Rf增加，SNR提高：当 Rf当电阻热噪声增加时， 倍，输出信号电压升高 2 倍，因此，SNR 会增加 3 dB。
② 操作放大器的稳定性，反馈电容Cf：下图以重对数尺度的方式显示了光电二极管放大器的噪声增益波特图。
由声增益导致系统的稳定性（Gn）和交频率处的开环增加 益 （Aol）之间的净斜率决定。
反馈电容未增加Cf：Gn和 Aol净斜率等于 40 dB/ 十倍频，运放工作在不稳定状态，噪声增益剧增，出现振铃；
增加反馈电容Cf：Gn 和 Aol净斜率等于 20 dB/ 十倍频率，运放工作处于稳定状态。
反馈电容Cf该值将影响光电二极管放大电路的信号增益带宽和相位裕度。Cf随着相位裕度的增加，系统将更加稳定，峰值、阶跃过冲和噪声增益将减少。然而，这也会导致信号增益带宽小，输出响应时间长。
不同相位裕度产生的过冲百分比如下:
其中，Cop输入电容(共模输入电容) 差模输入电容)，GBWP运输增益带宽积。
在45°相位裕度下Cf相应值为公式 1 中间一半。