Analiza sistemskih grešaka fotodetektora

Analiza sistemskih grešaka fotodetektora

I. Uvod u faktore koji utiču na sistemske greške uFotodetektor

Specifična razmatranja za sistematsku grešku uključuju: 1. Odabir komponenti:fotodiode, operativni pojačavači, otpornici, kondenzatori, ADC-ovi, integrirana kola za napajanje i izvori referentnog napona. 2. Radno okruženje: Utjecaj temperature i vlažnosti, itd. 3. Pouzdanost sistema: Stabilnost sistema, EMC performanse.

II. Analiza sistemskih grešaka fotodetektora

1. Fotodioda: Ufotoelektrična detekcijasistema, uticaj fotodioda na greškefotoelektrični sistemuglavnom se manifestuje u sljedećim aspektima:

(1) Osjetljivost (S)/ Rezolucija: Odnos prirasta izlaznog signala (napon/struja) △y i prirasta ulaznog signala △x koji uzrokuje prirast izlaza △y. To jest, s=△y/△x. Osjetljivost/rezolucija je primarni uslov za odabir senzora. Ovaj parametar se posebno manifestuje u direktnoj korelaciji fotodioda kao tamne struje i u specifičnoj manifestaciji fotodetektora kao snage ekvivalenta šuma (NEP). Stoga, najosnovnija analiza sistematske greške zahtijeva da osjetljivost (S)/rezolucija bude veća od stvarnog zahtjeva za greškom kako bi se zadovoljili zahtjevi za greškom cijelog fotoelektričnog sistema, jer se mora uzeti u obzir i uticaj greške uzrokovan faktorima spomenutim kasnije.

(2) Linearnost (δL): Stepen linearnosti kvantitativnog odnosa između izlaza i ulaza fotodetektora. yfs je izlaz pune skale, a △Lm je maksimalno odstupanje linearnosti. Ovo se posebno manifestuje u linearnosti i linearnoj zasićenosti svjetlosne snage fotodetektora.

(3) Stabilnost/Ponovljivost: Fotodetektor ima nekonzistentnost izlaza za isti slučajni ulaz, što predstavlja slučajnu grešku. Uzima se u obzir maksimalno odstupanje naprijed i nazad.

(4) Histereza: Fenomen u kojem se ulazno-izlazne karakteristične krivulje fotodetektora ne preklapaju tokom njegovog kretanja naprijed i nazad.

(5) Temperaturni drift: Utjecaj svake promjene temperature od 1℃ na promjenu izlaza fotodetektora. Odstupanje temperaturnog drifta △Tm uzrokovano temperaturnim driftom izračunava se proračunom temperaturnog drifta raspona temperature radne okoline △T.

(6) Vremenski drift: Fenomen gdje se izlaz fotodetektora mijenja tokom vremena kada ulazna varijabla ostaje nepromijenjena (uzroci su uglavnom posljedica promjena u njegovoj vlastitoj strukturi sastava). Sveobuhvatni utjecaj odstupanja fotodetektora na sistem izračunava se putem vektorskog zbirnog broja.

2. Operacioni pojačavači: Ključni parametri koji utiču na sistemsku grešku Operacioni pojačavači Napon ofseta Vos, temperaturni drift Vos, ulazna struja ofseta Ios, temperaturni drift Ios, ulazna struja prednapona Ib, ulazna impedansa, ulazni kapacitet, šum (šum ulaznog napona, šum ulazne struje) Termički šum pojačanja, koeficijent potiskivanja napajanja (PSRR), koeficijent potiskivanja zajedničkog moda (CMR), pojačanje otvorene petlje (AoL), proizvod pojačanja i propusnog opsega (GBW), brzina promjene signala (SR), vrijeme uspostavljanja, ukupno harmonijsko izobličenje.

Iako su parametri operacijskih pojačala jednako važna komponenta sistema kao i odabir fotodioda, zbog ograničenja prostora, ovdje neće biti detaljnije objašnjene specifične definicije i opisi parametara. Prilikom stvarnog dizajna fotodetektora, treba procijeniti utjecaj ovih parametara na sistematske greške. Iako ne moraju svi parametri imati značajan utjecaj na zahtjeve vašeg projekta, ovisno o stvarnim scenarijima primjene i različitim zahtjevima, gore navedeni parametri će imati različite utjecaje na sistematske greške.

Postoji mnogo parametara za operacione pojačavače. Za različite tipove signala, glavni parametri koji uzrokuju sistematske greške mogu se fokusirati na DC i AC signale: DC varijabilni signali, ulazni napon pomaka Vos, temperaturni drift Vos, ulazna struja pomaka Ios, ulazna struja prednapona Ib, ulazna impedansa, šum (šum ulaznog napona, šum ulazne struje, termički šum pojačanja), omjer potiskivanja napajanja (PSRR), omjer potiskivanja zajedničkog moda (CMRR). Signal varijacije AC signala: Pored gore navedenih parametara, potrebno je uzeti u obzir i sljedeće: ulazni kapacitet, pojačanje otvorene petlje (AoL), proizvod pojačanja i propusnog opsega (GBW), brzinu promjene signala (SR), vrijeme uspostavljanja i ukupno harmonijsko izobličenje.