Analýza systémových chýb fotodetektora

Analýza systémových chýb fotodetektora

I. Úvod do faktorov ovplyvňujúcich systémové chyby vFotodetektor

Medzi špecifické aspekty systematickej chyby patria: 1. Výber komponentu:fotodiódy, operačné zosilňovače, rezistory, kondenzátory, ADC, integrované obvody napájacích zdrojov a zdroje referenčného napätia. 2. Pracovné prostredie: Vplyv teploty a vlhkosti atď. 3. Spoľahlivosť systému: Stabilita systému, EMC výkon.

II. Analýza systémových chýb fotodetektorov

1. Fotodióda: Vfotoelektrická detekciasystém, vplyv fotodiód na chybyfotoelektrický systémprejavuje sa najmä v nasledujúcich aspektoch:

(1) Citlivosť (S)/Rozlíšenie: Pomer prírastku výstupného signálu (napätie/prúd) △y k prírastku vstupného signálu △x, ktorý spôsobuje prírastok výstupu △y. To znamená, že s = △y/△x. Citlivosť/rozlíšenie je primárnou podmienkou pre výber senzora. Tento parameter sa prejavuje najmä v priamej korelácii fotodiód ako tmavého prúdu a v špecifickom prejave fotodetektorov ako výkonu ekvivalentu šumu (NEP). Preto najzákladnejšia analýza systematickej chyby vyžaduje, aby citlivosť (S)/rozlíšenie bolo vyššie ako skutočná požiadavka na chybu, aby sa splnili požiadavky na chybu celého fotoelektrického systému, pretože je potrebné zohľadniť aj vplyv chyby spôsobený faktormi uvedenými neskôr.

(2) Linearita (δL): Stupeň linearity kvantitatívneho vzťahu medzi výstupom a vstupom fotodetektora. yfs je výstup v plnom rozsahu a △Lm je maximálna odchýlka linearity. Toto sa prejavuje najmä v linearite a lineárnom saturačnom svetelnom výkone fotodetektora.

(3) Stabilita/Opakovateľnosť: Fotodetektor má nekonzistentnosť výstupu pre rovnaký náhodný vstup, čo je náhodná chyba. Zohľadňuje sa maximálna odchýlka dopredného a spätného pohybu.

(4) Hysterézia: Jav, pri ktorom sa vstupno-výstupné charakteristiky fotodetektora neprekrývajú počas jeho pohybu dopredu a dozadu.

(5) Teplotný drift: Vplyv každej zmeny teploty o 1 ℃ na zmenu výstupu fotodetektora. Odchýlka teplotného driftu △Tm spôsobená teplotným driftom sa vypočíta výpočtom teplotného driftu pracovného teplotného rozsahu △T.

(6) Časový posun: Jav, pri ktorom sa výstup fotodetektora mení v priebehu času, zatiaľ čo vstupná premenná zostáva nezmenená (príčiny sú väčšinou spôsobené zmenami v jeho vlastnej štruktúre). Komplexný vplyv odchýlky fotodetektora na systém sa vypočíta pomocou vektorového súčtu.

2. Operačné zosilňovače: Kľúčové parametre ovplyvňujúce systémovú chybu Operačné zosilňovače Napätie ofsetu Vos, teplotný drift Vos, vstupný prúd ofsetu Ios, teplotný drift Ios, vstupný predpätý prúd Ib, vstupná impedancia, vstupná kapacita, šum (šum vstupného napätia, šum vstupného prúdu), tepelný šum zosilnenia, pomer potlačenia napájania (PSRR), pomer potlačenia súhlasného režimu (CMR), zosilnenie otvorenej slučky (AoL), súčin zosilnenia a šírky pásma (GBW), rýchlosť prechodu (SR), čas nastolenia, celkové harmonické skreslenie.

Hoci sú parametre operačných zosilňovačov rovnako dôležitou súčasťou systému ako výber fotodiód, kvôli obmedzenému priestoru tu nebudú rozobrané konkrétne definície a popisy parametrov. Pri samotnom návrhu fotodetektorov by sa mal vyhodnotiť vplyv všetkých týchto parametrov na systematické chyby. Hoci nie všetky parametre môžu mať významný vplyv na požiadavky vášho projektu, v závislosti od skutočných aplikačných scenárov a rôznych požiadaviek budú mať vyššie uvedené parametre rôzne účinky na systematické chyby.

Pre operačné zosilňovače existuje mnoho parametrov. Pre rôzne typy signálov možno hlavné parametre spôsobujúce systematické chyby zamerať na jednosmerné a striedavé signály: premenné jednosmerné signály, vstupné ofsetové napätie Vos, teplotný drift Vos, vstupný ofsetový prúd Ios, vstupný predpätý prúd Ib, vstupná impedancia, šum (šum vstupného napätia, šum vstupného prúdu, tepelný šum zosilnenia), pomer potlačenia napájania (PSRR), pomer potlačenia súhlasného režimu (CMRR). Signál zmeny striedavého prúdu: Okrem vyššie uvedených parametrov je potrebné zvážiť aj nasledujúce: vstupnú kapacitu, zosilnenie otvorenej slučky (AoL), súčin zosilnenia a šírky pásma (GBW), rýchlosť prechodu (SR), čas nastolenia a celkové harmonické skreslenie.