Анализ системных ошибок фотоприемника

Анализ системных ошибок фотоприемника

I. Введение в факторы влияния системных ошибок вФотодетектор

Конкретные соображения относительно систематической ошибки включают: 1. Выбор компонента:фотодиоды, операционные усилители, резисторы, конденсаторы, АЦП, микросхемы источников питания и источники опорного напряжения. 2. Рабочая среда: влияние температуры и влажности и т. д. 3. Надежность системы: стабильность системы, характеристики ЭМС.

II. Анализ системных ошибок фотодетекторов

1. Фотодиод: Вфотоэлектрическое обнаружениесистемы, влияние фотодиодов на ошибкифотоэлектрическая системапроявляется в основном в следующих аспектах:

(1) Чувствительность (S)/Разрешение: отношение приращения выходного сигнала (напряжения/тока) △y к приращению входного сигнала △x, вызывающее приращение выходного сигнала △y. То есть, s=△y/△x. Чувствительность/разрешение является основным условием выбора датчика. Этот параметр, в частности, проявляется в прямой корреляции фотодиодов (темнового тока) и в специфическом проявлении фотодетекторов (шумовой эквивалентной мощности). Следовательно, наиболее фундаментальный анализ систематической погрешности требует, чтобы чувствительность (S)/разрешение были выше фактического требования к погрешности для удовлетворения требований к погрешности всей фотоэлектрической системы, поскольку необходимо также учитывать влияние погрешности, вызванной факторами, упомянутыми ниже.

(2) Линейность (δL): степень линейности количественной зависимости между выходным и входным сигналами фотодетектора. yfs – это полный выходной сигнал, а △Lm – максимальное отклонение линейности. Это, в частности, проявляется в линейности и линейной насыщенности световой мощности фотодетектора.

(3) Стабильность/повторяемость: выходной сигнал фотодетектора может быть нестабильным при одном и том же случайном входном сигнале, что является случайной ошибкой. Рассматривается максимальное отклонение прямого и обратного хода.

(4) Гистерезис: явление, при котором кривые входной и выходной характеристик фотодетектора не перекрываются во время его прямого и обратного хода.

(5) Температурный дрейф: влияние каждого изменения температуры на 1°C на изменение выходного сигнала фотодетектора. Отклонение температурного дрейфа △Tm, вызванное температурным дрейфом, рассчитывается путем расчета температурного дрейфа в диапазоне температур рабочей среды △T.

(6) Временной дрейф: явление, при котором выходной сигнал фотодетектора изменяется со временем при неизменной входной переменной (причины, как правило, связаны с изменениями его собственной структуры). Комплексное влияние отклонения фотодетектора на систему рассчитывается посредством векторной суммы.

2. Операционные усилители: основные параметры, влияющие на системную ошибку Операционные усилители Напряжение смещения Vos, температурный дрейф Vos, входной ток смещения Ios, температурный дрейф Ios, входной ток смещения Ib, входное сопротивление, входная емкость, шум (шум входного напряжения, шум входного тока) Коэффициент усиления, тепловой шум, коэффициент подавления питания (PSRR), коэффициент подавления синфазного сигнала (CMR), коэффициент усиления разомкнутой цепи (AoL), произведение коэффициента усиления на полосу пропускания (GBW), скорость нарастания (SR), время установления, общие гармонические искажения.

Хотя параметры операционных усилителей являются столь же важным компонентом системы, как и выбор фотодиодов, из-за ограниченного объёма статьи конкретные определения и описания параметров здесь не будут подробно рассматриваться. При фактической разработке фотодетекторов необходимо оценить влияние всех этих параметров на систематические погрешности. Хотя не все параметры могут существенно влиять на требования вашего проекта, в зависимости от конкретных условий применения и различных требований, перечисленные выше параметры будут по-разному влиять на систематические погрешности.

Операционные усилители обладают множеством параметров. Для различных типов сигналов основные параметры, вызывающие систематические погрешности, можно выделить для сигналов постоянного и переменного тока: переменные сигналы постоянного тока: входное напряжение смещения Vos, температурный дрейф Vos, входной ток смещения Ios, входной ток смещения Ib, входное сопротивление, шум (шум входного напряжения, шум входного тока, тепловой шум коэффициента усиления), коэффициент подавления напряжения питания (PSRR), коэффициент подавления синфазного сигнала (CMRR). Сигнал переменного тока: помимо вышеуказанных параметров, необходимо учитывать следующие: входная емкость, коэффициент усиления разомкнутой цепи обратной связи (AoL), произведение коэффициента усиления на полосу пропускания (GBW), скорость нарастания (SR), время установления и коэффициент гармонических искажений.