Analiza błędów systemowych fotodetektora

Analiza błędów systemowych fotodetektora

Wprowadzenie do czynników wpływających na błędy systemowe wFotodetektor

Do szczegółowych zagadnień dotyczących błędu systematycznego należą: 1. Wybór komponentów:fotodiodywzmacniacze operacyjne, rezystory, kondensatory, przetworniki A/C, układy scalone zasilania i źródła napięcia odniesienia. 2. Środowisko pracy: wpływ temperatury, wilgotności itp. 3. Niezawodność systemu: stabilność systemu, parametry EMC.

Analiza błędów systemowych fotodetektorów

1. Fotodioda: Wdetekcja fotoelektrycznaukład, wpływ fotodiod na błędysystem fotoelektrycznyobjawia się głównie w następujących aspektach:

(1) Czułość (S)/Rozdzielczość: Stosunek przyrostu sygnału wyjściowego (napięcie/prąd) △y do przyrostu sygnału wejściowego △x, który powoduje przyrost sygnału wyjściowego △y. Oznacza to, że s = △y/△x. Czułość/rozdzielczość to podstawowy warunek wyboru czujnika. Parametr ten przejawia się w szczególności w bezpośredniej korelacji fotodiod jako prądu ciemnego oraz w specyficznym przejawie fotodetektorów jako mocy równoważnej szumowi (NEP). Dlatego najbardziej fundamentalna analiza błędu systematycznego wymaga, aby czułość (S)/rozdzielczość była wyższa niż rzeczywisty wymóg błędu, aby spełnić wymagania dotyczące błędu całego układu fotoelektrycznego, ponieważ należy również uwzględnić wpływ błędów spowodowany czynnikami wymienionymi później.

(2) Liniowość (δL): Stopień liniowości zależności ilościowej między wyjściem a wejściem fotodetektora. yfs to wyjście w pełnej skali, a △Lm to maksymalne odchylenie liniowości. Jest to szczególnie widoczne w liniowości i liniowej mocy światła nasyconego fotodetektora.

(3) Stabilność/Powtarzalność: Fotodetektor charakteryzuje się niespójnością wyjściową dla tego samego losowego sygnału wejściowego, co stanowi błąd losowy. Pod uwagę brane jest maksymalne odchylenie skoku do przodu i do tyłu.

(4) Histereza: zjawisko, w którym charakterystyczne krzywe wejścia i wyjścia fotodetektora nie nakładają się na siebie podczas ruchu do przodu i do tyłu.

(5) Dryft temperaturowy: Wpływ zmiany temperatury o każdy 1°C na zmianę sygnału wyjściowego fotodetektora. Odchylenie dryftu temperaturowego △Tm spowodowane dryftem temperaturowym oblicza się poprzez obliczenie dryftu temperaturowego w zakresie temperatur otoczenia roboczego △T.

(6) Dryft czasowy: Zjawisko polegające na tym, że sygnał wyjściowy fotodetektora zmienia się w czasie, gdy zmienna wejściowa pozostaje niezmieniona (przyczyny wynikają głównie ze zmian w jego własnej strukturze). Całościowy wpływ odchylenia fotodetektora na układ oblicza się za pomocą sumy wektorowej.

2. Wzmacniacze operacyjne: kluczowe parametry wpływające na błąd systemu Wzmacniacze operacyjne Napięcie niezrównoważenia Vos, dryft temperaturowy Vos, prąd niezrównoważenia wejściowego Ios, dryft temperaturowy Ios, prąd polaryzacji wejściowej Ib, impedancja wejściowa, pojemność wejściowa, szum (szum napięcia wejściowego, szum prądu wejściowego) Szum cieplny wzmocnienia projektowego, współczynnik tłumienia zasilania (PSRR), współczynnik tłumienia sygnału wspólnego (CMR), wzmocnienie pętli otwartej (AoL), iloczyn wzmocnienia i pasma (GBW), szybkość narastania (SR), czas ustalania, całkowite zniekształcenia harmoniczne.

Chociaż parametry wzmacniaczy operacyjnych są równie ważnym elementem systemu, co dobór fotodiod, ze względu na ograniczenia miejsca, szczegółowe definicje i opisy parametrów nie będą tutaj omawiane. W rzeczywistym projektowaniu fotodetektorów należy ocenić wpływ tych parametrów na błędy systematyczne. Chociaż nie wszystkie parametry mogą mieć istotny wpływ na wymagania projektu, w zależności od rzeczywistych scenariuszy zastosowania i zróżnicowanych wymagań, powyższe parametry będą miały różny wpływ na błędy systematyczne.

Wzmacniacze operacyjne mają wiele parametrów. Dla różnych typów sygnałów, główne parametry powodujące błędy systematyczne mogą koncentrować się na sygnałach DC i AC: sygnały zmienne DC, napięcie niezrównoważenia wejściowego Vos, dryft temperaturowy Vos, prąd niezrównoważenia wejściowego Ios, prąd polaryzacji wejściowej Ib, impedancja wejściowa, szum (szum napięcia wejściowego, szum prądu wejściowego, szum termiczny wzmocnienia projektowego), współczynnik tłumienia sygnału zasilania (PSRR), współczynnik tłumienia sygnału wspólnego (CMRR). Sygnał zmienny AC: Oprócz powyższych parametrów, należy również uwzględnić: pojemność wejściową, wzmocnienie w pętli otwartej (AoL), iloczyn wzmocnienia i szerokości pasma (GBW), szybkość narastania sygnału (SR), czas ustalania sygnału oraz całkowite zniekształcenia harmoniczne.