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弱光檢測(cè)
閱讀�6691�(shí)間:2010-12-23 14:04:36

  弱光檢測(cè)通常是先將光信號(hào)通過光電器件�(zhuǎn)換成電信�(hào),再�(jīng)前置放大電路放大�,由A/D�(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)�(zhuǎn)換成�(shù)字信�(hào)�(jìn)行分析處�。弱光檢�(cè)技�(shù)廣泛�(yīng)用于�(xiàn)代通信、醫(yī)療和科研等領(lǐng)�。弱光檢�(cè)電路一�(gè)重要性能指標(biāo)是對(duì)噪聲的濾除能�,但在弱光檢�(cè)�(shí),光信號(hào)與噪聲幾乎處于同一�(shù)量級(jí),信�(hào)很容易淹沒在噪聲中,不利于后�(xù)電路處理。傳�(tǒng)方法是采用電路級(jí)�(lián)來濾除干擾,放大信號(hào);但這種電路需用精密電�,且�(shè)�(jì)�(fù)�,電路體積大,可靠性差。隨著集成對(duì)�(shù)放大電路的發(fā)�,其寬動(dòng)�(tài)范圍、高精確輸出的顯著特�(diǎn),光檢測(cè)電路也得到不斷發(fā)展與完善,對(duì)�(shù)電路具有�(yōu)異的�(shù)�(jù)壓縮性能,可將很寬的輸入�(dòng)�(tài)范圍信號(hào)壓縮在很窄的電壓范圍�(nèi)�

光電�(zhuǎn)換電�

  �1為光電檢�(cè)電路。該檢測(cè)電路是由放大器A,反饋電阻RF和CF組成,其輸出電壓為u1=SPRF,其中,S為光電二極管的靈敏度,P為入射光功率。在檢測(cè)弱光信號(hào)�(shí),RF為提高增�,RF的取值應(yīng)選擇盡可能大,放大器的輸入偏置電流IB和輸入失�(diào)電壓VB�(duì)輸出電壓的影響分別為IBRF和為光電二極管內(nèi)�??梢钥闯?,減小RF可以減少以上影響,但同時(shí)�(huì)減小電路的增�。解決這�(gè)問題需選擇偏置電流和失�(diào)電壓均很低的�(yùn)算放大器。這里選用0PAlll型高精度�(yùn)算放大器,其偏置電流約為0�8 pA,輸入失�(diào)電壓�100μV。經(jīng)過計(jì)�,RF的值取在幾百M(fèi)Ω范圍�(nèi)�(shí),上述影響可以近似忽�,能夠滿足電路的要求�

光電轉(zhuǎn)換電路

前置放大電路

  由于光電�(zhuǎn)換電路的輸出信號(hào)通常在mV�(shù)量級(jí),且信號(hào)常常淹沒在噪聲中,因此前置放大部分需有較�(qiáng)的濾噪和放大能力。選用精密對(duì)�(shù)放大電路LOGl00與外圍元件構(gòu)成前置放大電路。圖l虛線框內(nèi)所示電路為L(zhǎng)OGl00的簡(jiǎn)化內(nèi)部電�,其�(dòng)�(tài)輸人范圍1 nA�1 mA,滿跨度輸出誤差(FSO)低于0�37�,與精確�(duì)�(shù)�(guān)系偏離小于O�1�。同�(shí),內(nèi)部還集成有激光校�(zhǔn)電阻,使得該�(duì)�(shù)放大器在�(huán)境溫度變化時(shí)仍能保持精確輸出。LOGl00�4�(gè)選擇�,通過不同的連接方式,可以很方便得到不同增益�

�(jié)果分�

  根據(jù)LOGl00的輸入輸出關(guān)�,實(shí)�(yàn)中以I2為基�(zhǔn)電流,根�(jù)�(yùn)放反向輸入結(jié)�(gòu)有中可通過給定基準(zhǔn)電壓μ2�(shí)�(xiàn)。光電檢�(cè)部分電路的輸出電壓一般只有mV量級(jí),同�(shí)根據(jù)LOGl00器件要求,其輸入電流要在l nA~l mA,I1,I2的比值要在l05以內(nèi)。故�1中的輸入電阻R11,R21選擇在幾十kΩ,以保證�(duì)�(shù)電路輸出精確�,根�(jù)這些要求,�2值設(shè)定為幾mV�

  因光電轉(zhuǎn)換電路的增益很高,雖然采用精密放大電�,并使用RF和CF限制信號(hào)頻帶,但幾乎�(duì)所有的輸入光信�(hào),其輸出噪聲都非常高。圖2(a)為P=0�7nW�(shí)光電�(zhuǎn)換電路的輸出波形,可以看�,噪聲與信號(hào)在同一�(gè)�(shù)量級(jí),噪聲與信號(hào)峰值比接近l,如果以這樣的輸出直接�(jìn)行A/D�(zhuǎn)�,將使數(shù)�(jù)的準(zhǔn)確性大打折扣,雖然可以通過單片�(jī)程序中的濾噪子程序來降低�(shù)�(jù)的出�(cuò)概率,但軟件模擬功能具有一定的局限性,可能無法得到�(zhǔn)確的�(shù)�(jù)輸出。圖2(b)是通過前置放大電路處理后的輸出信號(hào),其波形較光�,噪信峰值比降低至O�02以下,幾乎不用軟件濾噪可以將A/D�(zhuǎn)換的�(shù)�(jù)直接�(jìn)行后�(xù)處理。由此可�,LOGl00作為前置放大電路在放大有用信�(hào)的同�(shí),也有效抑制了噪聲,其具體測(cè)量數(shù)�(jù)與理論計(jì)算結(jié)果差距較�,完全可滿足�(shè)�(jì)要求。圖3所示為輸入光功率在1�4 nW�(shí)理論�(虛線)與測(cè)量�(�(shí)�)相差不到0�1 V�

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