Analyse des erreurs système du photodétecteur

Analyse des erreurs système du photodétecteur

I. Introduction aux facteurs influençant les erreurs systémiques dansphotodétecteur

Les considérations spécifiques relatives aux erreurs systématiques comprennent : 1. Sélection des composants :photodiodes1. Amplificateurs opérationnels, résistances, condensateurs, convertisseurs analogique-numérique, circuits intégrés d'alimentation et sources de tension de référence. 2. Environnement de travail : influence de la température et de l'humidité, etc. 3. Fiabilité du système : stabilité du système, performances CEM.

II. Analyse des erreurs système des photodétecteurs

1. Photodiode : Dans unedétection photoélectriquesystème, l'influence des photodiodes sur les erreurs dusystème photoélectriquese manifeste principalement sous les aspects suivants :

(1) Sensibilité (S) / Résolution : Le rapport entre l'incrément △y du signal de sortie (tension/courant) et l'incrément △x du signal d'entrée qui provoque cet incrément. Soit s = △y/△x. La sensibilité/résolution est le critère principal de sélection des capteurs. Ce paramètre se manifeste notamment par la corrélation directe des photodiodes avec le courant d'obscurité et par la puissance équivalente au bruit (NEP) des photodétecteurs. Par conséquent, l'analyse fondamentale des erreurs systématiques exige que la sensibilité (S)/résolution soit supérieure à l'erreur minimale requise afin de satisfaire aux exigences d'erreur de l'ensemble du système photoélectrique, car l'impact des erreurs dues aux facteurs mentionnés ultérieurement doit également être pris en compte.

(2) Linéarité (δL) : Degré de linéarité de la relation quantitative entre la sortie et l’entrée du photodétecteur. yfs représente la sortie pleine échelle et δLm l’écart maximal à la linéarité. Ceci se manifeste notamment par la linéarité et la puissance lumineuse de saturation linéaire du photodétecteur.

(3) Stabilité/Répétabilité : Le photodétecteur présente une incohérence de sortie pour une même entrée aléatoire, ce qui correspond à une erreur aléatoire. L’écart maximal entre les signaux aller et retour est pris en compte.

(4) Hystérésis : Le phénomène selon lequel les courbes caractéristiques d'entrée-sortie d'un photodétecteur ne se chevauchent pas lors de son déplacement aller et retour.

(5) Dérive thermique : Influence de chaque variation de température de 1 °C sur la variation de sortie du photodétecteur. L’écart de dérive thermique △Tm dû à la dérive thermique est calculé à partir de la plage de température ambiante de fonctionnement △T.

(6) Dérive temporelle : phénomène par lequel la sortie d’un photodétecteur varie au fil du temps alors que la variable d’entrée reste inchangée (ceci est principalement dû à des modifications de sa propre structure). L’influence globale de la déviation du photodétecteur sur le système est calculée par somme vectorielle.

2. Amplificateurs opérationnels : Paramètres clés affectant l’erreur du système Amplificateurs opérationnels Tension de décalage Vos, dérive thermique de Vos, courant de décalage d’entrée Ios, dérive thermique de Ios, courant de polarisation d’entrée Ib, impédance d’entrée, capacité d’entrée, bruit (bruit de tension d’entrée, bruit de courant d’entrée) Gain de conception, bruit thermique, taux de réjection de l’alimentation (PSRR), taux de réjection en mode commun (CMR), gain en boucle ouverte (AoL), produit gain-bande passante (GBW), vitesse de balayage (SR), temps d’établissement, distorsion harmonique totale.

Bien que les paramètres des amplificateurs opérationnels soient un élément aussi important du système que le choix des photodiodes, par souci de concision, leurs définitions et descriptions précises ne seront pas détaillées ici. Lors de la conception des photodétecteurs, il est essentiel d'évaluer l'influence de tous ces paramètres sur les erreurs systématiques. Même si certains paramètres n'ont pas nécessairement d'impact significatif sur les exigences de votre projet, leur influence sur les erreurs systématiques variera en fonction des scénarios d'application et des besoins spécifiques.

Les amplificateurs opérationnels possèdent de nombreux paramètres. Pour différents types de signaux, les principaux paramètres à l'origine d'erreurs systématiques concernent les signaux continus (DC) et alternatifs (AC) : Signaux continus variables : tension de décalage d'entrée Vos, dérive thermique de Vos, courant de décalage d'entrée Ios, courant de polarisation d'entrée Ib, impédance d'entrée, bruit (bruit de tension d'entrée, bruit de courant d'entrée, bruit thermique du gain de conception), taux de réjection de l'alimentation (PSRR), taux de réjection en mode commun (CMRR). Signaux alternatifs variables : outre les paramètres ci-dessus, il convient également de prendre en compte : la capacité d'entrée, le gain en boucle ouverte (AoL), le produit gain-bande passante (GBW), la vitesse de balayage (SR), le temps d'établissement et la distorsion harmonique totale (THD).