Analyse der Systemfehler des Fotodetektors

Analyse der Systemfehler des Fotodetektors

I. Einführung in die Einflussfaktoren von Systemfehlern inFotodetektor

Zu den spezifischen Überlegungen hinsichtlich systematischer Fehler gehören: 1. Komponentenauswahl:FotodiodenOperationsverstärker, Widerstände, Kondensatoren, AD-Wandler, Stromversorgungs-ICs und Referenzspannungsquellen. 2. Betriebsumgebung: Einfluss von Temperatur und Luftfeuchtigkeit usw. 3. Systemzuverlässigkeit: Systemstabilität, EMV-Verhalten.

II. Systemfehleranalyse von Fotodetektoren

1. Fotodiode: In einerfotoelektrische DetektionSystem, der Einfluss von Fotodioden auf die Fehler desphotoelektrisches Systemmanifestiert sich hauptsächlich in folgenden Aspekten:

(1) Empfindlichkeit (S)/Auflösung: Das Verhältnis der Änderung des Ausgangssignals (Spannung/Strom) △y zur Eingangsänderung △x, die diese Änderung verursacht. Das heißt: s = △y/△x. Die Empfindlichkeit/Auflösung ist die wichtigste Voraussetzung für die Sensorauswahl. Dieser Parameter manifestiert sich insbesondere in der direkten Korrelation von Fotodioden mit dem Dunkelstrom und in der spezifischen Manifestation von Fotodetektoren mit der äquivalenten Rauschleistung (NEP). Daher erfordert die grundlegendste Analyse systematischer Fehler, dass die Empfindlichkeit (S)/Auflösung höher sein muss als die tatsächliche Fehleranforderung, um die Fehleranforderungen des gesamten fotoelektrischen Systems zu erfüllen, da auch die durch die später genannten Faktoren verursachten Fehler berücksichtigt werden müssen.

(2) Linearität (δL): Der Grad der Linearität der quantitativen Beziehung zwischen Ausgangs- und Eingangssignal des Fotodetektors. yfs ist der Vollausschlag des Ausgangssignals, und δLm ist die maximale Abweichung von der Linearität. Dies äußert sich insbesondere in der Linearität und der linearen Sättigungslichtleistung des Fotodetektors.

(3) Stabilität/Wiederholbarkeit: Der Fotodetektor liefert bei gleichem zufälligen Eingangssignal inkonsistente Ausgangssignale, was auf einen zufälligen Fehler zurückzuführen ist. Die maximale Abweichung zwischen Vorwärts- und Rückwärtsbewegung wird berücksichtigt.

(4) Hysterese: Das Phänomen, bei dem sich die Eingangs-Ausgangs-Kennlinien eines Fotodetektors während seiner Vorwärts- und Rückwärtsbewegung nicht überlappen.

(5) Temperaturdrift: Der Einfluss jeder Temperaturänderung um 1 °C auf die Änderung des Photodetektorsignals. Die durch die Temperaturdrift verursachte Abweichung △Tm wird durch die Berechnung der Temperaturdrift im Bereich der Betriebstemperatur △T ermittelt.

(6) Zeitdrift: Das Phänomen, bei dem sich das Ausgangssignal eines Fotodetektors mit der Zeit ändert, während die Eingangsgröße unverändert bleibt (die Ursachen liegen meist in Änderungen seiner Zusammensetzung). Der Gesamteinfluss der Abweichung des Fotodetektors auf das System wird durch Vektorsumme berechnet.

2. Operationsverstärker: Wichtige Parameter, die den Systemfehler beeinflussen: Offsetspannung Vos, Temperaturdrift von Vos, Eingangs-Offsetstrom Ios, Temperaturdrift von Ios, Eingangs-Biasstrom Ib, Eingangsimpedanz, Eingangskapazität, Rauschen (Eingangsspannungsrauschen, Eingangsstromrauschen), Designverstärkung, thermisches Rauschen, Versorgungsspannungsunterdrückung (PSRR), Gleichtaktunterdrückung (CMR), Leerlaufverstärkung (AoL), Verstärkungs-Bandbreite-Produkt (GBW), Anstiegsgeschwindigkeit (SR), Einschwingzeit, Klirrfaktor.

Obwohl die Parameter von Operationsverstärkern ebenso wichtige Systemkomponenten darstellen wie die Auswahl von Fotodioden, werden die spezifischen Parameterdefinitionen und -beschreibungen aus Platzgründen hier nicht detailliert erläutert. Bei der Entwicklung von Fotodetektoren muss der Einfluss dieser Parameter auf systematische Fehler unbedingt berücksichtigt werden. Auch wenn nicht alle Parameter je nach Anwendungsszenario und Anforderungen einen signifikanten Einfluss auf Ihre Projektanforderungen haben, wirken sich die oben genannten Parameter unterschiedlich auf systematische Fehler aus.

Operationsverstärker weisen zahlreiche Parameter auf. Bei unterschiedlichen Signalarten lassen sich die Hauptursachen systematischer Fehler bei Gleich- und Wechselstromsignalen wie folgt beschreiben: Bei variablen Gleichstromsignalen sind folgende Parameter zu berücksichtigen: Eingangs-Offsetspannung Vos, Temperaturdrift von Vos, Eingangs-Offsetstrom Ios, Eingangs-Biasstrom Ib, Eingangsimpedanz, Rauschen (Eingangsspannungsrauschen, Eingangsstromrauschen, thermisches Rauschen der Auslegungsverstärkung), Versorgungsspannungsunterdrückung (PSRR) und Gleichtaktunterdrückung (CMRR). Bei variablen Wechselstromsignalen sind zusätzlich zu den oben genannten Parametern folgende zu beachten: Eingangskapazität, Leerlaufverstärkung (AoL), Verstärkungs-Bandbreite-Produkt (GBW), Anstiegsgeschwindigkeit (SR), Einschwingzeit und Klirrfaktor.