Analiza sistemskih napak fotodetektorja

Analiza sistemskih napak fotodetektorja

I. Uvod v vplivne dejavnike sistemskih napak vFotodetektor

Posebni dejavniki za sistematično napako vključujejo: 1. Izbira komponent:fotodiode, operacijski ojačevalniki, upori, kondenzatorji, analogno-digitalni pretvorniki (ADC), integrirana vezja za napajanje in viri referenčne napetosti. 2. Delovno okolje: Vpliv temperature in vlažnosti itd. 3. Zanesljivost sistema: Stabilnost sistema, elektromagnetna združljivost.

II. Analiza sistemskih napak fotodetektorjev

1. Fotodioda: Vfotoelektrično zaznavanjesistem, vpliv fotodiod na napakefotoelektrični sistemse kaže predvsem v naslednjih vidikih:

(1) Občutljivost (S)/ločljivost: Razmerje med prirastkom izhodnega signala (napetost/tok) △y in vhodnim prirastkom △x, ki povzroči prirastek izhodnega signala △y. To pomeni, da je s = △y/△x. Občutljivost/ločljivost je primarni pogoj za izbiro senzorja. Ta parameter se še posebej kaže v neposredni korelaciji fotodiod kot temni tok in v specifični manifestaciji fotodetektorjev kot moč šumnega ekvivalenta (NEP). Zato najosnovnejša analiza sistematične napake zahteva, da je občutljivost (S)/ločljivost višja od dejanske zahteve glede napake, da se izpolnijo zahteve glede napake celotnega fotoelektričnega sistema, saj je treba upoštevati tudi vpliv napake, ki jo povzročajo kasneje omenjeni dejavniki.

(2) Linearnost (δL): Stopnja linearnosti kvantitativnega razmerja med izhodom in vhodom fotodetektorja. yfs je izhod v polni skali, △Lm pa je največje odstopanje linearnosti. To se še posebej kaže v linearnosti in linearni nasičeni svetlobni moči fotodetektorja.

(3) Stabilnost/ponovljivost: Fotodetektor ima nekonsistentnost izhoda za isti naključni vhod, kar je naključna napaka. Upošteva se največje odstopanje gibov naprej in nazaj.

(4) Histereza: Pojav, pri katerem se vhodno-izhodne karakteristične krivulje fotodetektorja med njegovim premikanjem naprej in nazaj ne prekrivajo.

(5) Temperaturni drift: Vpliv vsake spremembe temperature za 1 ℃ na spremembo izhoda fotodetektorja. Odstopanje temperaturnega drifta △Tm, ki ga povzroča temperaturni drift, se izračuna z izračunom temperaturnega drifta delovnega temperaturnega območja △T.

(6) Časovni zamik: Pojav, pri katerem se izhod fotodetektorja sčasoma spreminja, ko vhodna spremenljivka ostane nespremenjena (vzroki so večinoma posledica sprememb v njegovi lastni sestavi). Celovit vpliv odstopanja fotodetektorja na sistem se izračuna z vektorsko vsoto.

2. Operacijski ojačevalniki: Ključni parametri, ki vplivajo na sistemsko napako Operacijski ojačevalniki Napetost odmika Vos, temperaturni drift Vos, vhodni tok odmika Ios, temperaturni drift Ios, vhodni tok prednapetosti Ib, vhodna impedanca, vhodna kapacitivnost, šum (šum vhodne napetosti, šum vhodnega toka) Termični šum ojačanja, razmerje zavrnitve napajalnika (PSRR), razmerje zavrnitve skupnega načina (CMR), ojačanje odprte zanke (AoL), produkt ojačanja in pasovne širine (GBW), hitrost prehajanja signala (SR), čas vzpostavitve, skupno harmonsko popačenje.

Čeprav so parametri operacijskih ojačevalnikov prav tako pomembna komponenta sistema kot izbira fotodiod, zaradi prostorskih omejitev tukaj ne bomo podrobneje opisovali specifičnih parametrov in njihove definicije. Pri dejanski zasnovi fotodetektorjev je treba oceniti vpliv vseh teh parametrov na sistematične napake. Čeprav vsi parametri morda ne bodo pomembno vplivali na zahteve vašega projekta, bodo imeli zgornji parametri, odvisno od dejanskih scenarijev uporabe in različnih zahtev, različne učinke na sistematične napake.

Za operacijske ojačevalnike obstaja veliko parametrov. Za različne vrste signalov se lahko glavni parametri, ki povzročajo sistematične napake, osredotočijo na enosmerne in izmenične signale: spremenljivi enosmerni signali, vhodna napetost odmika Vos, temperaturni zdrs Vos, vhodni tok odmika Ios, vhodni tok prednapetosti Ib, vhodna impedanca, šum (šum vhodne napetosti, šum vhodnega toka, toplotni šum zaradi ojačanja), razmerje zavrnitve napajalnika (PSRR), razmerje zavrnitve skupnega načina (CMRR). Signal spremembe izmeničnega toka: Poleg zgornjih parametrov je treba upoštevati tudi naslednje: vhodno kapacitivnost, ojačanje odprte zanke (AoL), produkt ojačanja in pasovne širine (GBW), hitrost prehajanja (SR), čas vzpostavitve in skupno harmonsko popačenje.