光検出器のシステムエラーの解析

光検出器のシステムエラーの解析

I. システムエラーの影響要因の紹介光検出器

系統的誤差に関する具体的な考慮事項は次のとおりです。1. コンポーネントの選択:フォトダイオード、オペアンプ、抵抗器、コンデンサ、ADC、電源IC、基準電圧源など。2. 動作環境：温度や湿度などの影響。3. システムの信頼性：システムの安定性、EMC性能。

II. 光検出器のシステム誤差解析

1. フォトダイオード:光電検出システムでは、フォトダイオードが誤差に与える影響は光電システム主に以下の側面に現れます。

（1）感度（S）/分解能：出力信号（電圧/電流）増分△yと、出力増分△yを引き起こす入力増分△xの比。つまり、s=△y/△x。感度/分解能はセンサ選択の第一条件である。このパラメータは、フォトダイオードの直接相関では暗電流として、光検出器の具体的な兆候では雑音等価電力（NEP）として現れる。したがって、系統的誤差の最も基本的な分析では、感度（S）/分解能が実際の誤差要件よりも高くなければならず、光電システム全体の誤差要件を満たす必要がある。これは、後述する要因によって引き起こされる誤差の影響も考慮する必要があるためである。

（2）直線性（δL）：光検出器の出力と入力との間の定量的な関係の直線性の度合い。yfsはフルスケール出力、ΔLmは直線性の最大偏差である。これは具体的には、光検出器の直線性と直線飽和光パワーに現れる。

(3) 安定性／再現性：光検出器は、同一のランダム入力に対して出力の不一致が生じます。これはランダム誤差です。前進ストロークと後退ストロークの最大偏差を考慮します。

（４）ヒステリシス：光検出器の入出力特性曲線が前進時と後進時に重ならない現象。

（5）温度ドリフト：温度変化1℃ごとに光検出器の出力変化に及ぼす影響。温度ドリフトによる温度ドリフト偏差△Tmは、動作環境温度範囲△Tの温度ドリフト計算によって算出されます。

(6) 時間ドリフト：入力変数が変化しない状態で、光検出器の出力が時間とともに変化する現象（原因は主に光検出器自身の構成構造の変化による）。光検出器がシステムに及ぼす総合的な偏差影響は、ベクトル和によって計算される。

2. オペアンプ：システムエラーに影響を与える主要なパラメータ オペアンプのオフセット電圧 Vos、Vos 温度ドリフト、入力オフセット電流 Ios、Ios 温度ドリフト、入力バイアス電流 Ib、入力インピーダンス、入力容量、ノイズ（入力電圧ノイズ、入力電流ノイズ）、設計ゲインの熱ノイズ、電源電圧除去比（PSRR）、同相モード除去比（CMR）、開ループゲイン（AoL）、ゲイン帯域幅積（GBW）、スルーレート（SR）、確立時間、全高調波歪み。

オペアンプのパラメータはフォトダイオードの選択と同様に重要なシステムコンポーネントですが、紙面の都合上、ここでは具体的なパラメータの定義と説明については詳しく説明しません。実際の光検出器の設計においては、これらのパラメータが系統的誤差に与える影響をすべて評価する必要があります。すべてのパラメータがプロジェクト要件に大きな影響を与えるわけではありませんが、実際のアプリケーションシナリオや異なる要求に応じて、上記のパラメータは系統的誤差に異なる影響を与えます。

オペアンプには多くのパラメータがあります。信号の種類によって、系統的誤差を引き起こす主なパラメータは、DC信号とAC信号の両方に共通しています。DC変動信号：入力オフセット電圧Vos、Vos温度ドリフト、入力オフセット電流Ios、入力バイアス電流Ib、入力インピーダンス、ノイズ（入力電圧ノイズ、入力電流ノイズ、設計ゲイン熱ノイズ）、電源電圧変動除去比（PSRR）、同相信号除去比（CMRR）。AC変動信号：上記のパラメータに加えて、入力容量、開ループゲイン（AoL）、ゲイン帯域幅積（GBW）、スルーレート（SR）、立ち上がり時間、全高調波歪みも考慮する必要があります。