弱光检测通常是先将光信号通过光电器件转换成电信号，再经前置放大电路放大后，由A/D转换电路将模拟信号转换成数字信号进行分析处理。弱光检测技术广泛应用于现代通信、医疗和科研等领域。弱光检测电路一个重要性能指标是对噪声的滤除能力，但在弱光检测时，光信号与噪声几乎处于同一数量级，信号很容易淹没在噪声中，不利于后续电路处理。传统方法是采用电路级联来滤除干扰，放大信号;但这种电路需用精密电阻，且设计复杂，电路体积大，可靠性差。随着集成对数放大电路的发展，其宽动态范围、高精确输出的显著特点，光检测电路也得到不断发展与完善，对数电路具有优异的数据压缩性能，可将很宽的输入动态范围信号压缩在很窄的电压范围内。因此，这里提出一种以LOGl00作为前置放大的弱光检测电路设计方案。

　　1 电路设计与分析

　　1.1 光电转换电路

　　图1为光电检测电路。该检测电路是由放大器A，反馈电阻RF和CF组成，其输出电压为u1=SPRF，其中，S为光电二极管的灵敏度，P为入射光功率。在检测弱光信号时，RF为提高增益，RF的取值应选择尽可能大，放大器的输入偏置电流IB和输入失调电压VB对输出电压的影响分别为IBRF和

，即在电路中可通过给定基准电压μ2实现。光电检测部分电路的输出电压一般只有mV量级，同时根据LOGl00器件要求，其输入电流要在l nA～l mA，I1，I2的比值要在l05以内。故图1中的输入电阻R11，R21选择在几十kΩ，以保证对数电路输出精确度，根据这些要求，μ2值设定为几mV。

　　因光电转换电路的增益很高，虽然采用精密放大电路，并使用RF和CF限制信号频带，但几乎对所有的输入光信号，其输出噪声都非常高。图2(a)为P=0.7nW时光电转换电路的输出波形，可以看出，噪声与信号在同一个数量级，噪声与信号峰值比接近l，如果以这样的输出直接进行A/D转换，将使数据的准确性大打折扣，虽然可以通过单片机程序中的滤噪子程序来降低数据的出错概率，但软件模拟功能具有一定的局限性，可能无法得到准确的数据输出。图2(b)是通过前置放大电路处理后的输出信号，其波形较光滑，噪信峰值比降低至O.02以下，几乎不用软件滤噪可以将A/D转换的数据直接进行后续处理。由此可见，LOGl00作为前置放大电路在放大有用信号的同时，也有效抑制了噪声，其具体测量数据与理论计算结果差距较小，完全可满足设计要求。图3所示为输入光功率在1.4 nW时理论值(虚线)与测量值(实线)相差不到0.1 V。

为不同入射光功率P下前置放大电路的输出VOUT波形，从图4可以看出，输入光信号的强度几百pW的微弱改变时，LOGl00的输出信号幅度有几百mV的明显变化，这使得在A/D转换时可最大限度地采集不同光源强度的数据。然而LOGl00也有其不足之处。由图4可见，随着输入光强度的减弱，输出信号中噪声逐渐增强，当噪声与信号相比增大到一定程度后，可能会使A/D转换电路输出错误，这时必须采用软件进行滤噪处理。因此LOGl00一般用在检测弱光信号电路中，在微弱光信号检测中，LOGl00的输出信噪比较小，还需精密滤波电路辅助，这不但增加了电路的复杂性，也使其输出数据的准确度大大降低，从而不能进行实际应用。

　　要解决这个问题，可考虑使用精度更高的LOGl01和LOGl04作为前置放大电路，与LOGl00相比，它们具有更宽的动态输入范围100 pA～3.5 mA，精确度可达0.01%FSO。LOGl01和LOGl04采用恒定增益，在电路中使用灵活性方面不如LOGl00。在内部没有集成激光校准电阻，但直流偏移电压低，且能在很宽的温度范围(-5～75℃)内精确输出，因此更适合使用于微弱光信号检测电路中。

　　3 结论

　　讨论了LOGl00在弱光检测应用中的噪声滤除性能，实测结果表明LOGl00有较强的噪声抑制能力，在弱光检测中可作为前置放大电路。但当输入信号逐渐减弱时，噪声抑制能力也较弱，不适宜使用在微弱光信号检测中。