Análisis de errores del sistema del fotodetector

Análisis de errores del sistema del fotodetector

Introducción a los factores que influyen en los errores del sistema enFotodetector

Las consideraciones específicas para el error sistemático incluyen: 1. Selección de componentes:fotodiodos, amplificadores operacionales, resistencias, condensadores, ADC, circuitos integrados de alimentación y fuentes de voltaje de referencia. 2. Entorno de trabajo: Influencia de la temperatura y la humedad, etc. 3. Fiabilidad del sistema: Estabilidad del sistema, rendimiento EMC.

Análisis de errores del sistema de fotodetectores

1. Fotodiodo: En undetección fotoeléctricasistema, la influencia de los fotodiodos en los errores de lasistema fotoeléctricoSe manifiesta principalmente en los siguientes aspectos:

(1) Sensibilidad (S)/ Resolución: La relación entre el incremento de la señal de salida (voltaje/corriente) △y y el incremento de entrada △x que produce el incremento de salida △y. Es decir, s = △y/△x. La sensibilidad/resolución es la condición principal para la selección del sensor. Este parámetro se manifiesta específicamente en la correlación directa de los fotodiodos como corriente oscura, y en la manifestación específica de los fotodetectores como potencia equivalente de ruido (NEP). Por lo tanto, el análisis más fundamental del error sistemático requiere que la sensibilidad (S)/resolución sea mayor que el requisito de error real para cumplir con los requisitos de error de todo el sistema fotoeléctrico, ya que también se debe considerar el impacto del error causado por los factores mencionados más adelante.

(2) Linealidad (δL): Grado de linealidad de la relación cuantitativa entre la salida y la entrada del fotodetector. yfs es la salida a escala completa y δLm es la desviación máxima de linealidad. Esto se manifiesta específicamente en la linealidad y la potencia de saturación lineal de la luz del fotodetector.

(3) Estabilidad/Repetibilidad: El fotodetector presenta inconsistencia en la salida para la misma entrada aleatoria, lo cual constituye un error aleatorio. Se considera la desviación máxima de los movimientos hacia adelante y hacia atrás.

(4) Histéresis: El fenómeno en el que las curvas características de entrada-salida de un fotodetector no se superponen durante su recorrido hacia adelante y hacia atrás.

(5) Deriva de temperatura: La influencia de cada cambio de 1 ℃ en la temperatura sobre el cambio de salida del fotodetector. La desviación de deriva de temperatura △Tm causada por la deriva de temperatura se calcula a través del cálculo de la deriva de temperatura del rango de temperatura del entorno de trabajo △T.

(6) Deriva temporal: Fenómeno en el que la salida de un fotodetector cambia con el tiempo cuando la variable de entrada permanece constante (las causas se deben principalmente a cambios en su propia estructura de composición). La influencia global de la desviación del fotodetector en el sistema se calcula mediante la suma vectorial.

2. Amplificadores operacionales: Parámetros clave que afectan el error del sistema Amplificadores operacionales Voltaje de offset Vos, deriva de temperatura de Vos, corriente de offset de entrada Ios, deriva de temperatura de Ios, corriente de polarización de entrada Ib, impedancia de entrada, capacitancia de entrada, ruido (ruido de voltaje de entrada, ruido de corriente de entrada) Ganancia de diseño ruido térmico, relación de rechazo de la fuente de alimentación (PSRR), relación de rechazo de modo común (CMR), ganancia de lazo abierto (AoL), producto ganancia-ancho de banda (GBW), velocidad de cambio (SR), tiempo de establecimiento, distorsión armónica total.

Si bien los parámetros de los amplificadores operacionales son tan importantes como la selección de fotodiodos, debido a limitaciones de espacio, no se detallarán aquí sus definiciones y descripciones. En el diseño de fotodetectores, es fundamental evaluar la influencia de estos parámetros en los errores sistemáticos. Aunque no todos los parámetros tengan un impacto significativo en los requisitos del proyecto, su efecto sobre los errores sistemáticos variará según los escenarios de aplicación y las necesidades específicas.

Existen muchos parámetros para los amplificadores operacionales. Para diferentes tipos de señales, los parámetros principales que causan errores sistemáticos pueden centrarse en señales de CC y CA: señales variables de CC: voltaje de offset de entrada Vos, deriva de temperatura de Vos, corriente de offset de entrada Ios, corriente de polarización de entrada Ib, impedancia de entrada, ruido (ruido de voltaje de entrada, ruido de corriente de entrada, ruido térmico de ganancia de diseño), relación de rechazo de la fuente de alimentación (PSRR), relación de rechazo de modo común (CMRR). Señal de variación de CA: además de los parámetros anteriores, también se deben considerar los siguientes: capacitancia de entrada, ganancia de lazo abierto (AoL), producto ganancia-ancho de banda (GBW), velocidad de respuesta (SR), tiempo de establecimiento y distorsión armónica total.