Analýza systémových chyb fotodetektoru

Analýza systémových chyb fotodetektoru

I. Úvod do faktorů ovlivňujících systémové chyby vFotodetektor

Mezi specifické aspekty systematické chyby patří: 1. Výběr komponenty:fotodiody, operační zesilovače, rezistory, kondenzátory, ADC, integrované obvody napájecích zdrojů a zdroje referenčního napětí. 2. Pracovní prostředí: Vliv teploty a vlhkosti atd. 3. Spolehlivost systému: Stabilita systému, EMC výkon.

II. Analýza systémových chyb fotodetektorů

1. Fotodioda: Vfotoelektrická detekcesystému, vliv fotodiod na chybyfotoelektrický systémse projevuje především v následujících aspektech:

(1) Citlivost (S)/Rozlišení: Poměr přírůstku výstupního signálu (napětí/proud) △y k přírůstku vstupního signálu △x, který způsobuje přírůstek výstupu △y. To znamená, že s=△y/△x. Citlivost/rozlišení je primární podmínkou pro výběr senzoru. Tento parametr se konkrétně projevuje v přímé korelaci fotodiod jako temný proud a ve specifickém projevu fotodetektorů jako ekvivalentní výkon šumu (NEP). Proto nejzákladnější analýza systematické chyby vyžaduje, aby citlivost (S)/rozlišení bylo vyšší než skutečný požadavek na chybu, aby byly splněny požadavky na chybu celého fotoelektrického systému, protože je třeba zohlednit i dopad chyby způsobený faktory uvedenými dále.

(2) Linearita (δL): Stupeň linearity kvantitativního vztahu mezi výstupem a vstupem fotodetektoru. yfs je výstup v plném rozsahu a △Lm je maximální odchylka linearity. To se konkrétně projevuje v linearitě a lineárním saturačním světelném výkonu fotodetektoru.

(3) Stabilita/Opakovatelnost: Fotodetektor má pro stejný náhodný vstup nekonzistenci výstupu, což je náhodná chyba. Zohledňuje se maximální odchylka dopředného a zpětného pohybu.

(4) Hystereze: Jev, kdy se vstupně-výstupní charakteristiky fotodetektoru během jeho dopředného a zpětného chodu nepřekrývají.

(5) Teplotní drift: Vliv každé změny teploty o 1 °C na změnu výstupu fotodetektoru. Odchylka teplotního driftu △Tm způsobená teplotním driftem se vypočítá výpočtem teplotního driftu pracovního teplotního rozsahu △T.

(6) Časový drift: Jev, kdy se výstup fotodetektoru mění v čase, když vstupní proměnná zůstává nezměněna (příčiny jsou většinou způsobeny změnami v jeho vlastní struktuře složení). Komplexní vliv odchylky fotodetektoru na systém se vypočítá pomocí vektorového součtu.

2. Operační zesilovače: Klíčové parametry ovlivňující systémovou chybu Operační zesilovače Napětí ofsetu Vos, teplotní drift Vos, vstupní proud ofsetu Ios, teplotní drift Ios, vstupní předpětí Ib, vstupní impedance, vstupní kapacita, šum (šum vstupního napětí, šum vstupního proudu), tepelný šum konstrukčního zesílení, poměr potlačení napájecího zdroje (PSRR), poměr potlačení souhlasného režimu (CMR), zesílení v otevřené smyčce (AoL), součin zesílení a šířky pásma (GBW), rychlost přechodu (SR), doba ustálení, celkové harmonické zkreslení.

Přestože jsou parametry operačních zesilovačů stejně důležitou součástí systému jako výběr fotodiod, kvůli omezenému prostoru zde nebudou definice a popisy konkrétních parametrů rozpracovány. Při samotném návrhu fotodetektorů by měl být vyhodnocen vliv všech těchto parametrů na systematické chyby. I když ne všechny parametry mohou mít významný vliv na požadavky vašeho projektu, v závislosti na konkrétních scénářích aplikace a různých požadavcích budou mít výše uvedené parametry na systematické chyby různý vliv.

Pro operační zesilovače existuje mnoho parametrů. U různých typů signálů lze hlavní parametry způsobující systematické chyby zaměřit na stejnosměrné a střídavé signály: proměnné stejnosměrné signály, vstupní offsetové napětí Vos, teplotní drift Vos, vstupní offsetový proud Ios, vstupní předpětí Ib, vstupní impedance, šum (šum vstupního napětí, šum vstupního proudu, tepelný šum konstrukčního zesílení), poměr potlačení napájecího zdroje (PSRR), poměr potlačení souhlasného režimu (CMRR). Signál změny střídavého proudu: Kromě výše uvedených parametrů je třeba zvážit také následující: vstupní kapacitu, zesílení v otevřené smyčce (AoL), součin zesílení a šířky pásma (GBW), rychlost přechodu (SR), dobu ustálení a celkové harmonické zkreslení.