A fotodetektor rendszerhibáinak elemzése

A fotodetektor rendszerhibáinak elemzése

I. Bevezetés a rendszerhibák befolyásoló tényezőibeFotodetektor

A szisztematikus hibára vonatkozó konkrét szempontok a következők: 1. Komponensek kiválasztása:fotodiódák, műveleti erősítők, ellenállások, kondenzátorok, ADC-k, tápegység-IC-k és referenciafeszültség-források. 2. Munkakörnyezet: A hőmérséklet és a páratartalom stb. hatása. 3. Rendszer megbízhatósága: Rendszerstabilitás, EMC-teljesítmény.

Ii. Fotodetektorok rendszerhiba-elemzése

1. Fotodióda: Egyfotoelektromos detektálásrendszer, a fotodiódák hatása a hibákrafotoelektromos rendszerfőként a következő aspektusokban nyilvánul meg:

(1) Érzékenység (S)/Felbontás: A kimeneti jel (feszültség/áram) növekményének △y és a bemeneti jel △x növekményének aránya, amely a kimeneti △y növekményt okozza. Azaz s=△y/△x. Az érzékenység/felbontás az érzékelő kiválasztásának elsődleges feltétele. Ez a paraméter konkrétan a fotodiódák sötétáramként való közvetlen korrelációjában, valamint a fotodetektorok zajegyenértékű teljesítményként (NEP) való specifikus megnyilvánulásában nyilvánul meg. Ezért a szisztematikus hiba legalapvetőbb elemzése megköveteli, hogy az érzékenység (S)/felbontás magasabb legyen, mint a tényleges hibakövetelmény, hogy megfeleljen a teljes fotoelektromos rendszer hibakövetelményeinek, mivel a később említett tényezők által okozott hibahatást is figyelembe kell venni.

(2) Linearitás (δL): A fotodetektor kimenete és bemenete közötti mennyiségi kapcsolat linearitásának mértéke. Az yfs a teljes kimeneti érték, az △Lm pedig a linearitás maximális eltérése. Ez konkrétan a fotodetektor linearitásában és lineáris telítési fényteljesítményében nyilvánul meg.

(3) Stabilitás/Ismételhetőség: A fotodetektor kimeneti inkonzisztenciája van ugyanazon véletlenszerű bemenet esetén, ami véletlenszerű hiba. Az előre és hátra irányuló löketek maximális eltérését vesszük figyelembe.

(4) Hiszterézis: Az a jelenség, amikor a fotodetektor bemeneti-kimeneti jelleggörbéi nem fedik át egymást az előre- és hátrameneti mozgás során.

(5) Hőmérséklet-eltolódás: Minden 1 ℃-os hőmérséklet-változás hatása a fotodetektor kimeneti változására. A hőmérséklet-eltolódás okozta △Tm hőmérséklet-eltolódási eltérést a munkakörnyezet hőmérséklet-tartományának △T hőmérséklet-eltolódásának kiszámításával számítják ki.

(6) Időeltolódás: Az a jelenség, amikor a fotodetektor kimenete idővel változik, miközben a bemeneti változó változatlan marad (az okok többnyire a saját összetételi szerkezetének változásaira vezethetők vissza). A fotodetektor rendszerre gyakorolt ​​átfogó eltérésének hatását vektorösszeggel számítjuk ki.

2. Műveleti erősítők: A rendszerhibát befolyásoló főbb paraméterek Műveleti erősítők Eltolásfeszültség Vos, Vos hőmérséklet-eltolódás, bemeneti eltolásáram Ios, Ios hőmérséklet-eltolódás, bemeneti előfeszítő áram Ib, bemeneti impedancia, bemeneti kapacitás, zaj (bemeneti feszültségzaj, bemeneti áramzaj), tervezési erősítés hőzaj, tápegység elnyomási aránya (PSRR), közös módusú elnyomási arány (CMR), nyílt hurkú erősítés (AoL), erősítés-sávszélesség szorzat (GBW), eltolódási sebesség (SR), kialakulási idő, teljes harmonikus torzítás.

Bár az operációs erősítők paraméterei ugyanolyan fontos rendszerkomponensek, mint a fotodiódák kiválasztása, a helyhiány miatt a konkrét paraméterek definícióit és leírásait itt nem részletezzük. A fotodetektorok tényleges tervezése során ezen paraméterek szisztematikus hibákra gyakorolt ​​hatását mind értékelni kell. Bár nem minden paraméternek lehet jelentős hatása a projekt követelményeire, a tényleges alkalmazási forgatókönyvektől és a különböző igényektől függően a fenti paraméterek eltérő hatással lesznek a szisztematikus hibákra.

A műveleti erősítőknek számos paraméterük van. Különböző jeltípusok esetén a szisztematikus hibákat okozó fő paraméterek az egyenáramú és váltakozó áramú jelekre összpontosíthatók: változó egyenáramú jelek, bemeneti ofszetfeszültség Vos, Vos hőmérséklet-eltolódás, bemeneti ofszetáram Ios, bemeneti előfeszítőáram Ib, bemeneti impedancia, zaj (bemeneti feszültségzaj, bemeneti áramzaj, tervezési erősítés hőzaj), tápegység-elutasítási arány (PSRR), közös módusú elutasítási arány (CMRR). Változó váltakozó áramú jel: A fenti paramétereken kívül a következőket is figyelembe kell venni: bemeneti kapacitás, nyílt hurkú erősítés (AoL), erősítés-sávszélesség szorzat (GBW), elmozdulási sebesség (SR), kialakulási idő és teljes harmonikus torzítás.