Diseño y simulación de un circuito de fotodiodos para su PCB
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.
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.
- Use el panel de Búsqueda de Componentes por Fabricante (Manufacturer Part Search) en Altium Designer para encontrar modelos de componentes y modelos de simulación para sus componentes. Para crear su circuito de fotodiodos, necesitará usar modelos precisos de componentes para sus diagramas esquemáticos. Más información acerca del panel de Búsqueda de Componentes por Fabricante (Manufacturer Part Search) en Altium Designer.
- Una parte importante del diseño de un circuito de fotodiodos es la etapa del amplificador, que incrementa la señal de salida del amplificador para que se pueda medir con un ADC. Más información acerca de cómo hacer simulaciones de amplificadores en Altium Designer.
- Los sistemas optoelectrónicos de alta precisión precisan de un bajo nivel de sesgo (Skew), bajo nivel de corrientes parásitas y un suministro constante para operar correctamente. Más información acerca de cómo trabajar con componentes optoelectrónicos de alta precisión en su PCB.
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.
- Su simulación de circuito de fotodiodos comienza por la selección del paquete SPICE adecuado. Altium Designer incluye una calculadora de SPICE patentada, además de las herramientas estandarizadas de ECAD. Más información acerca de las simulaciones de SPICE en su software de diseño de PCB.
- Las características de diseño de circuitos y disposición de PCB de Altium Designer son ideales para crear una etapa de amplificador para su circuito de fotodiodos. Más información acerca de cómo diseñar un diagrama esquemático de amplificador y una disposición de PCB en Altium Designer.
- El editor de diagramas esquemáticos de Altium Designer permite un diseño jerárquico para que se puedan disponer múltiples bloques de circuitos en cascada para formar un sistema más grande. Es fácil mantener sus diagramas esquemáticos organizados en Altium Designer. Más información acerca de cómo organizar sus diagramas esquemáticos en Altium Designer.
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.
- Altium Designer es la única plataforma de diseño que unifica un conjunto completo de características de diseño y de simulación en un único programa. Usted puede diseñar un circuito de fotodiodos o cualquier otro circuito que pueda imaginarse en Altium Designer. Más información acerca del diseño de tarjetas de circuitos impresos en el entorno de diseño unificado de Altium Designer.
- Como todo lo que necesitará para el diseño está en un mismo lugar, es fácil crear simulaciones a partir de sus diagramas esquemáticos de circuitos. Después, usted puede usar la captura de diagramas esquemáticos para importar sus componentes a una disposición de PCB en una única aplicación. Más información acerca del conjunto completo de herramientas y proceso de diseño de Altium Designer.
- Cuando esté listo para compartir sus diseños de circuitos de fotodiodos y para gestionar sus datos, podrá usar la plataforma de Altium 365. Almacene y comparta todos sus diseños, modelos de simulación y proyectos de PCB en una única plataforma basada en la nube. Más información acerca de la gestión de datos de diseño con Altium 365.
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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.
No hemos hecho más que tocar la superficie de lo que es posible hacer con Altium Designer en Altium 365. Puede consultar la página de producto para una descripción en profundidad de las funcionalidades o uno de los webinarios bajo demanda.
