文档介绍：光学信号变换
光-电信号变换
电学信号变换
光电检测电路的低噪声设计
系统噪声
外部噪声
内部噪声
包括:辐射源的随机波动和附加的光调制、光路传输介质的湍流和背景起伏、杂散光的入射以及检测电路所受到的电磁干扰等
可以通过稳定辐射光源、遮断杂光、选择偏振片或滤色片减小或消除,对电磁干扰采用电气屏蔽、电干扰滤波等措施加以改善或消除。
光电检测器件、检测电路等器件的固有噪声,是基本物理过程决定的,不可人为消除。
噪声和有用信号同时存在、相互混淆,影响信号检测的准确性,限制了检测系统分辨率的提高。光电信号处理的核心问题之一就是有关噪声干扰的分析以及如何从噪声中提取有用信号。因此,在光电检测电路设计中,要进行综合噪声估算以确保可靠检测所必需的信噪比。
光电检测电路的低噪声设计
光电检测电路的低噪声设计
--问题的提出
探测器噪声
输入偏置电路噪声
前置放大器噪声
噪声源:
光电检测电路噪声
光电检测电路的低噪声设计
--问题的提出
主要内容:
前置放大器噪声设计
光电检测电路的噪声等效处理及估算
1噪声类型
①热噪声
是导电材料中由于载流子的无规则热运动而在材料两端产生的随机涨落电压,是电阻性电路器件的共性噪声。噪声电压均方值取决于材料的温度
——噪声功率与频率无关,为白噪声
检测电路通频带对白噪声输出电压有很强的抑制作用
如对于室温下R=1MΩ电阻:
电路放大倍数为1
②散粒噪声
探测器的散粒噪声是由载流子的由载流子的微粒性引起的。光辐射中光子到达率的起伏,光电子从材料表面逸出的随机性,PN结中过结数的随机性。电荷载体数量的任何波动都会在那个时刻产生随机的电流,这就是散粒噪声。
和热噪声不同,散粒噪声的量值不取决于温度,而由流过器件的平均电流决定,散粒噪声电流和电压均方值:
散粒噪声也是白噪声,与频率无关。
散粒噪声是光电探测器的固有特性,对大多数光电探测器的研究表明,散粒噪声具有支配地位。
因光或热激发产生载流子和载流子复合这两个随机过程,在平衡状态时,在载流子产生和复合的平均数是一定的,但在某一瞬间载流子的产生数和复合数会使载流子浓度起伏引起电流随机起伏,
③产生与复合噪声
噪声电流
相对低频状况
④1/f噪声
闪烁噪声:称1/f 噪声或低频噪声,由元器件中存在局部缺陷或有微量杂质所引起的;
噪声电流
2 噪声等效处理
将各种器件的噪声等效为相同形式的均方值(或有效值)电流源的形式
a 单一电阻
b 电阻串联
c 电阻并联
综合噪声电流:
a 电阻电路
——等效噪声带宽:
b 并联RC电路:
并联RC电路对噪声的影响相当于使电阻热噪声的频谱分布是由白噪声变窄为等效噪声带宽Δfe
等效噪声带宽
确定器件和电路的固有噪声电平
计算信噪比
估算出为保证可靠检测所必须的最小输入光功率值
3 典型光电检测电路的噪声估算
检测电路噪声估算的目的:
噪声估算的具体步骤是:
首先确定检测器件和前级电路的噪声源
其次计算等效电阻和复合阻抗下的噪声等效带宽,画出检测电路的噪声等效电路
最后根据噪声等效电路计算噪声输出电压、信噪比和最小输入光功率值