Анализ системных ошибок фотодетектора

Анализ системных ошибок фотодетектора

Введение в факторы, влияющие на системные ошибки вФотодетектор

К конкретным факторам, влияющим на систематическую ошибку, относятся: 1. Выбор компонентов:фотодиоды1. Операционные усилители, резисторы, конденсаторы, АЦП, микросхемы питания и источники опорного напряжения. 2. Рабочая среда: влияние температуры и влажности и т. д. 3. Надежность системы: стабильность системы, электромагнитная совместимость.

Анализ системных ошибок фотодетекторов

1. Фотодиод: Вфотоэлектрическое обнаружениевлияние фотодиодов на ошибки системыфотоэлектрическая системаЭто проявляется главным образом в следующих аспектах:

(1) Чувствительность (S)/Разрешение: отношение приращения выходного сигнала (напряжение/ток) △y к приращению входного сигнала △x, вызывающему приращение выходного сигнала △y. То есть s = △y/△x. Чувствительность/разрешение является основным условием выбора датчика. Этот параметр проявляется, в частности, в прямой корреляции фотодиодов как темновой ток и в специфическом проявлении фотодетекторов как эквивалентная мощность шума (ЭНШ). Поэтому наиболее фундаментальный анализ систематической ошибки требует, чтобы чувствительность (S)/разрешение была выше, чем требуемая фактическая ошибка, чтобы соответствовать требованиям к ошибке всей фотоэлектрической системы, поскольку необходимо также учитывать влияние ошибки, вызванное факторами, упомянутыми далее.

(2) Линейность (δL): Степень линейности количественной зависимости между выходным и входным сигналами фотодетектора. yfs — выходной сигнал в полном диапазоне, а △Lm — максимальное отклонение от линейности. Это проявляется, в частности, в линейности и линейной мощности насыщения света фотодетектора.

(3) Стабильность/воспроизводимость: Фотодетектор имеет непостоянство выходного сигнала при одном и том же случайном входном сигнале, что является случайной ошибкой. Рассматривается максимальное отклонение прямого и обратного хода.

(4) Гистерезис: явление, при котором входные и выходные характеристические кривые фотодетектора не совпадают во время его движения вперед и назад.

(5) Температурный дрейф: Влияние каждого изменения температуры на 1℃ 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, когда входная переменная остается неизменной (причины в основном связаны с изменениями в его собственной структуре). Комплексное влияние отклонения фотодетектора на систему рассчитывается с помощью векторной суммы.

2. Операционные усилители: Ключевые 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). Расчетное усиление: тепловой шум, коэффициент подавления помех источника питания (PSRR), коэффициент подавления синфазных помех (CMR), коэффициент усиления в разомкнутой цепи (AoL), произведение коэффициента усиления на полосу пропускания (GBW), скорость нарастания (SR), время установления, суммарные гармонические искажения.

Хотя параметры операционных усилителей являются столь же важным компонентом системы, как и выбор фотодиодов, из-за ограничений по объему текста конкретные определения и описания параметров здесь не будут подробно рассматриваться. При фактическом проектировании фотодетекторов необходимо оценить влияние этих параметров на систематические ошибки. Хотя не все параметры могут оказывать существенное влияние на требования вашего проекта, в зависимости от реальных сценариев применения и различных требований, указанные параметры будут по-разному влиять на систематические ошибки.

Операционные усилители имеют множество параметров. Для различных типов сигналов основными параметрами, вызывающими систематические ошибки, можно выделить сигналы постоянного и переменного тока: сигналы постоянного тока с переменной амплитудой, 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 помех источника питания (PSRR), коэффициент подавления синфазных помех (CMRR). Сигналы переменного тока: помимо вышеперечисленных параметров, необходимо также учитывать следующие: входную емкость, коэффициент усиления в разомкнутой цепи (AoL), произведение коэффициента усиления на полосу пропускания (GBW), скорость нарастания (SR), время установления и суммарные гармонические искажения.