Аналіз системних помилок фотодетектора

Аналіз системних помилок фотодетектора

I. Вступ до факторів, що впливають на системні помилки вФотодетектор

Конкретні міркування щодо систематичної похибки включають: 1. Вибір компонента:фотодіоди, операційні підсилювачі, резистори, конденсатори, АЦП, мікросхеми джерел живлення та джерела опорної напруги. 2. Робоче середовище: вплив температури та вологості тощо. 3. Надійність системи: стабільність системи, характеристики електромагнітної сумісності.

II. Аналіз системних помилок фотодетекторів

1. Фотодіод: Уфотоелектричне виявленнясистеми, вплив фотодіодів на похибкифотоелектрична системапроявляється, головним чином, у таких аспектах:

(1) Чутливість (S)/Роздільна здатність: Відношення приросту вихідного сигналу (напруга/струм) △y до приросту вхідного сигналу △x, що викликає приріст вихідного сигналу △y. Тобто, s=△y/△x. Чутливість/роздільна здатність є основною умовою вибору датчика. Цей параметр проявляється, зокрема, у прямій кореляції фотодіодів як темнового струму та у специфічному прояві фотодетекторів як еквівалентної потужності шуму (NEP). Тому найфундаментальніший аналіз систематичної похибки вимагає, щоб чутливість (S)/роздільна здатність була вищою за фактичну вимогу до похибки, щоб задовольнити вимоги до похибки всієї фотоелектричної системи, оскільки також необхідно враховувати вплив похибки, спричинений факторами, згаданими нижче.

(2) Лінійність (δL): Ступінь лінійності кількісного співвідношення між вихідним та вхідним сигналами фотодетектора. yfs – це повномасштабний вихідний сигнал, а △Lm – максимальне відхилення лінійності. Це, зокрема, проявляється в лінійності та потужності світлового насичення фотодетектора.

(3) Стабільність/Повторюваність: Фотодетектор має нестабільність вихідного сигналу для одного й того ж випадкового вхідного сигналу, що є випадковою помилкою. Враховується максимальне відхилення прямого та зворотного ходу.

(4) Гістерезис: явище, коли криві вхідної та вихідної характеристик фотодетектора не перекриваються під час його прямого та зворотного руху.

(5) Температурний дрейф: Вплив кожної зміни температури на 1℃ на зміну вихідного сигналу фотодетектора. Відхилення температурного дрейфу △Tm, спричинене температурним дрейфом, розраховується шляхом розрахунку температурного дрейфу діапазону температур робочого середовища △T.

(6) Часовий дрейф: явище, коли вихідний сигнал фотодетектора змінюється з часом, коли вхідна змінна залишається незмінною (причини здебільшого пов'язані зі змінами у власній структурі його складу). Комплексний вплив відхилення фотодетектора на систему розраховується за допомогою векторної суми.

2. Операційні підсилювачі: ключові параметри, що впливають на системну похибку Операційні підсилювачі Напруга зсуву Vos, температурний дрейф Vos, вхідний струм зсуву Ios, температурний дрейф Ios, вхідний струм зміщення Ib, вхідний імпеданс, вхідна ємність, шум (шум вхідної напруги, шум вхідного струму) Тепловий шум проектного підсилення, коефіцієнт послаблення джерела живлення (PSRR), коефіцієнт послаблення синфазного сигналу (CMR), коефіцієнт посилення розімкнутого контуру (AoL), добуток коефіцієнта посилення на смугу пропускання (GBW), швидкість наростання напруги (SR), час встановлення, загальні гармонійні спотворення.

Хоча параметри операційних підсилювачів є таким же важливим компонентом системи, як і вибір фотодіодів, через обмеження простору тут не будуть детально розглядатися конкретні визначення та описи параметрів. Під час фактичного проектування фотодетекторів слід оцінювати вплив цих параметрів на систематичні похибки. Хоча не всі параметри можуть суттєво впливати на вимоги вашого проекту, залежно від фактичних сценаріїв застосування та різних вимог, вищезазначені параметри матимуть різний вплив на систематичні похибки.

Існує багато параметрів для операційних підсилювачів. Для різних типів сигналів основні параметри, що викликають систематичні похибки, можна зосередити на сигналах постійного та змінного струму: змінні сигнали постійного струму, вхідна напруга зсуву Vos, температурний дрейф Vos, вхідний струм зсуву Ios, вхідний струм зміщення Ib, вхідний імпеданс, шум (шум вхідної напруги, шум вхідного струму, тепловий шум коефіцієнта посилення), коефіцієнт послаблення джерела живлення (PSRR), коефіцієнт послаблення синфазного сигналу (CMRR). Сигнал зміни змінного струму: Окрім вищезазначених параметрів, також необхідно враховувати наступне: вхідну ємність, коефіцієнт посилення розімкнутого контуру (AoL), добуток коефіцієнта посилення на смугу пропускання (GBW), швидкість наростання напруги (SR), час встановлення та загальні гармонійні спотворення.