Analisi degli errori di sistema del fotodiodo

Analisi degli errori di sistema del fotodiodo

I. Introduzione ai fattori che influenzano gli errori di sistema inFotorilevatore

Le considerazioni specifiche per l'errore sistematico includono: 1. Selezione dei componenti:fotodiodi, amplificatori operazionali, resistori, condensatori, ADC, circuiti integrati di alimentazione e sorgenti di tensione di riferimento. 2. Ambiente di lavoro: influenza della temperatura e dell'umidità, ecc. 3. Affidabilità del sistema: stabilità del sistema, prestazioni EMC.

Ii. Analisi degli errori di sistema dei fotodetector

1. Fotodiodo: In unrilevamento fotoelettricosistema, l'influenza dei fotodiodi sugli errori delsistema fotoelettricosi manifesta principalmente nei seguenti aspetti:

(1) Sensibilità (S)/Risoluzione: il rapporto tra l'incremento del segnale di uscita (tensione/corrente) △y e l'incremento di ingresso △x che causa l'incremento di uscita △y. Ovvero, s = △y/△x. Sensibilità/risoluzione è la condizione primaria per la selezione del sensore. Questo parametro si manifesta specificamente nella correlazione diretta dei fotodiodi come corrente di buio e nella manifestazione specifica dei fotodetector come potenza equivalente di rumore (NEP). Pertanto, l'analisi più fondamentale dell'errore sistematico richiede che la sensibilità (S)/risoluzione sia superiore all'errore effettivo richiesto per soddisfare i requisiti di errore dell'intero sistema fotoelettrico, poiché è necessario considerare anche l'impatto dell'errore causato dai fattori menzionati in seguito.

(2) Linearità (δL): il grado di linearità della relazione quantitativa tra l'uscita e l'ingresso del fotodiodo. yfs è l'uscita a scala completa e △Lm è la deviazione massima della linearità. Ciò si manifesta specificamente nella linearità e nella potenza luminosa di saturazione lineare del fotodiodo.

(3) Stabilità/Ripetibilità: il fotodiodo presenta un'incoerenza di uscita per lo stesso input casuale, che è un errore casuale. Viene considerata la deviazione massima delle corse in avanti e indietro.

(4) Isteresi: fenomeno per cui le curve caratteristiche di ingresso-uscita di un fotodiodo non si sovrappongono durante la sua corsa in avanti e indietro.

(5) Deriva di temperatura: l'influenza di ogni variazione di temperatura di 1℃ sulla variazione di uscita del fotodiodo. La deviazione della deriva di temperatura △Tm causata dalla deriva di temperatura viene calcolata attraverso il calcolo della deriva di temperatura dell'intervallo di temperatura dell'ambiente di lavoro △T.

(6) Deriva temporale: fenomeno per cui l'uscita di un fotodiodo cambia nel tempo mentre la variabile di ingresso rimane invariata (le cause sono principalmente dovute a cambiamenti nella sua struttura di composizione). L'influenza della deviazione complessiva del fotodiodo sul sistema viene calcolata tramite somma vettoriale.

2. Amplificatori operazionali: parametri chiave che influenzano l'errore di sistema Amplificatori operazionali Tensione di offset Vos, deriva della temperatura Vos, corrente di offset di ingresso Ios, deriva della temperatura Ios, corrente di polarizzazione di ingresso Ib, impedenza di ingresso, capacità di ingresso, rumore (rumore della tensione di ingresso, rumore della corrente di ingresso) Guadagno di progetto, rumore termico, rapporto di reiezione dell'alimentatore (PSRR), rapporto di reiezione di modo comune (CMR), guadagno a circuito aperto (AoL), prodotto guadagno-larghezza di banda (GBW), velocità di variazione (SR), tempo di stabilizzazione, distorsione armonica totale.

Sebbene i parametri degli amplificatori operazionali siano un componente di sistema importante quanto la selezione dei fotodiodi, a causa di limitazioni di spazio, le definizioni e le descrizioni specifiche dei parametri non saranno elaborate in questa sede. Nella progettazione effettiva dei fotodiodo, è necessario valutare l'influenza di tutti questi parametri sugli errori sistematici. Sebbene non tutti i parametri possano avere un impatto significativo sui requisiti del progetto, a seconda degli scenari applicativi effettivi e delle diverse esigenze, i parametri sopra indicati avranno effetti diversi sugli errori sistematici.

Esistono molti parametri per gli amplificatori operazionali. Per diversi tipi di segnale, i principali parametri che causano errori sistematici possono essere concentrati sui segnali CC e CA: segnali CC variabili Tensione di offset di ingresso Vos, deriva di temperatura Vos, corrente di offset di ingresso Ios, corrente di polarizzazione di ingresso Ib, impedenza di ingresso, rumore (rumore di tensione di ingresso, rumore di corrente di ingresso, rumore termico del guadagno di progetto), rapporto di reiezione dell'alimentatore (PSRR), rapporto di reiezione di modo comune (CMRR). Segnale di variazione CA: oltre ai parametri sopra indicati, è necessario considerare anche i seguenti: capacità di ingresso, guadagno ad anello aperto (AoL), prodotto guadagno-larghezza di banda (GBW), velocità di risposta (SR), tempo di stabilizzazione e distorsione armonica totale.