Análise dos erros do sistema do fotodetector

Análise dos erros do sistema do fotodetector

I. Introdução aos fatores que influenciam os erros do sistema emFotodetector

As considerações específicas para erros sistemáticos incluem: 1. Seleção de componentes:fotodiodos1. Componentes: amplificadores operacionais, resistores, capacitores, conversores analógico-digitais (ADCs), circuitos integrados de alimentação e fontes de tensão de referência. 2. Ambiente de trabalho: influência da temperatura e umidade, etc. 3. Confiabilidade do sistema: estabilidade do sistema, desempenho de compatibilidade eletromagnética (EMC).

II. Análise de erros do sistema de fotodetectores

1. Fotodiodo: Em umdetecção fotoelétricasistema, a influência dos fotodiodos nos erros dosistema fotoelétricomanifesta-se principalmente nos seguintes aspectos:

(1) Sensibilidade (S)/Resolução: A razão entre o incremento do sinal de saída (tensão/corrente) △y e o incremento de entrada △x que causa o incremento de saída △y. Ou seja, s = △y/△x. A relação sensibilidade/resolução é a condição primordial para a seleção de sensores. Este parâmetro se manifesta especificamente na correlação direta de fotodiodos como corrente escura e na manifestação específica de fotodetectores como potência equivalente de ruído (NEP). Portanto, a análise mais fundamental do erro sistemático exige que a relação sensibilidade (S)/resolução seja maior que o requisito de erro real para atender aos requisitos de erro de todo o sistema fotoelétrico, visto que o impacto do erro causado pelos fatores mencionados posteriormente também precisa ser considerado.

(2) Linearidade (δL): O grau de linearidade da relação quantitativa entre a saída e a entrada do fotodetector. yfs é a saída em escala completa e △Lm é o desvio máximo da linearidade. Isso se manifesta especificamente na linearidade e na potência de luz de saturação linear do fotodetector.

(3) Estabilidade/Repetibilidade: O fotodetector apresenta inconsistência de saída para a mesma entrada aleatória, que é um erro aleatório. Considera-se o desvio máximo dos pulsos de avanço e retrocesso.

(4) Histerese: O fenômeno em que as curvas características de entrada-saída de um fotodetector não se sobrepõem durante seu movimento de ida e volta.

(5) Deriva de temperatura: A influência de cada mudança de 1℃ na temperatura na mudança de saída do fotodetector. O desvio de deriva de temperatura △Tm causado pela deriva de temperatura é calculado através do cálculo da deriva de temperatura da faixa de temperatura do ambiente de trabalho △T.

(6) Deriva temporal: O fenômeno em que a saída de um fotodetector muda ao longo do tempo quando a variável de entrada permanece inalterada (as causas devem-se principalmente a mudanças em sua própria estrutura de composição). A influência abrangente do desvio do fotodetector no sistema é calculada por meio da soma vetorial.

2. Amplificadores operacionais: Parâmetros-chave que afetam o erro do sistema. Amplificadores operacionais: Tensão de offset Vos, deriva térmica de Vos, corrente de offset de entrada Ios, deriva térmica de Ios, corrente de polarização de entrada Ib, impedância de entrada, capacitância de entrada, ruído (ruído de tensão de entrada, ruído de corrente de entrada). Ganho de projeto, ruído térmico, taxa de rejeição da fonte de alimentação (PSRR), taxa de rejeição de modo comum (CMR), ganho em malha aberta (AoL), produto ganho-largura de banda (GBW), taxa de variação (SR), tempo de estabelecimento, distorção harmônica total.

Embora os parâmetros dos amplificadores operacionais sejam tão importantes para o sistema quanto a seleção dos fotodiodos, devido a limitações de espaço, as definições e descrições específicas dos parâmetros não serão detalhadas aqui. No projeto de fotodetectores, a influência de todos esses parâmetros sobre os erros sistemáticos deve ser avaliada. Embora nem todos os parâmetros possam ter um impacto significativo nos requisitos do seu projeto, dependendo dos cenários de aplicação e das diferentes demandas, os parâmetros mencionados terão efeitos distintos sobre os erros sistemáticos.

Existem muitos parâmetros para amplificadores operacionais. Para diferentes tipos de sinais, os principais parâmetros que causam erros sistemáticos podem ser focados em sinais CC e CA: Sinais CC variáveis: Tensão de offset de entrada Vos, deriva térmica de Vos, corrente de offset de entrada Ios, corrente de polarização de entrada Ib, impedância de entrada, ruído (ruído de tensão de entrada, ruído de corrente de entrada, ruído térmico de ganho de projeto), taxa de rejeição da fonte de alimentação (PSRR), taxa de rejeição de modo comum (CMRR). Sinal CA variável: Além dos parâmetros acima, os seguintes também precisam ser considerados: capacitância de entrada, ganho em malha aberta (AoL), produto ganho-largura de banda (GBW), taxa de variação (SR), tempo de estabelecimento e distorção harmônica total.