مقدمة إلى أجهزة تكييف البيانات المتعلقة بالكشف عن الصور

ويعد مضخم الترهيب حجر الأساس لتحويل الناتج الحالي الصغير من جهاز التصوير الضوئي إلى إشارة فولتية قابلة للاستخدام، وهذه الدائرة تتيح قياسا دقيقا للقدرة البصرية في التطبيقات تتراوح بين الاتصالات الألياف الضوئية وأجهزة الاستشعار الطبي الحيوي والحواجز الصناعية الخفيفة، ويجب أن يوازن عنصر الاكتشاف ورسم النطاقات وضوضاء التصوير الضوئي والاستقرار في توجيه الإشارات النظرية.

السلوكيات والتحويلات الحالية إلى المتطوعة

Photodiodes generate a current proportional to incident light intensity. In photoconductive mode (with reverse bias), the photodiode offers faster response and lower capacitance, while in photovoltaic mode (zero bias) it minimizes dark current. The photocurrent typically ranges from nanoamperes to milliVer. A standard voltage amplifier cannot directly handle this current output; instead

أساسيات المبلِّغين

An operational amplifier configuror (R) from output to inverting input, with the inverting input and ground (or a bias voltage) forms the basic TIA. The non-inverting input is typically grounded or biased.

معايير الأداء الرئيسية

رد الضم والتواتر

(أ) أن يكون نطاق التردد ([الصفوف) محدوداً بمنتجات الترددات المربحة (GBW) ومجموع المدخلات (الصفوف) عند العنوان اللافتري (الصوت x الاختلاط) (الصوت) + القدرة على إحداث الاحتياطات) (الحجم)

تحليل الأرقام

(أ) المصادر الضوضاء في وكالة (إف تي إيه) تشمل الضوضاء الحرارية من R(و) ، الضوضاء من جهاز التصوير الضوئي، وهى تيار الإشارة، وضوضاء العمليات، وضوضاءها الحالي ([FL])

التعويض عن العجز

([FLT:]) بدون تعويض، يمكن لوكالة TIA أن تُنقّل بسبب التحول التدريجي الذي أدخله كبسولة المدخلات والأعمدة الداخلية لعمدة العمليات، إضافة كبسولة تغذية مُتَعَدّدة () [FLT:] بالتوازي مع ([2])

العنصر

Op-Amp Selection

ويعد اختيار المضخم التشغيلي الصحيح أمراً حاسماً، وتشمل المواصفات الرئيسية ما يلي:

  • Input bias current:] must be much smaller than the minimum photocurrent to avoid compensate errors. JFET or CMOS input stages offer femtoampere bias currents.
  • Gain-bandwidth product:] should be at least 10 times the desired TIA bandwidth for stable operation.
  • Input capacitance:] Low input capacitance reduces total C]in and improves bandwidth.
  • ]فولتاج وضوضاء حالية: ] Low noise densities (e.g., 1.2 nV/Hz and 1 fA/Hz) minimize output noise.
  • Slew rate:] Sufficient for the maximum output temp at the required frequency.

وتشمل المصابيح الشعبية لتصميمات اتفاقات الاستثمار الدولية المتصلة بالتجارة (الضوضاء المنخفضة، والواسعة النطاق)، و(OA656 (مساهمة من الصندوق المشترك للمعاشات التقاعدية لموظفي الأمم المتحدة)، و(ADA4817 (الضوضاء المنخفض، السرعة العالية)، و(LTC6268 (السرعة العالية، والتحيز المنخفض حاليا).

Feedback Resistor and Capacitor Values

In feedbackfvent by the required transimpedance gain: [FLT:]Rf

المؤتمرات المتقدمة التي عقدتها الرابطة الدولية للمعارف التجارية

ومن أجل الكشف عن أجهزة الاستديو الضوئي ذات السرعة العالية جداً (مثلاً، وصلات بصرية واحدة من نوع Gbps)، قد لا يكفي إجراء تقييم جزئي بسيط، كما أن تصميمات تقييم الأثر التفاضلي المختلفة تستخدم مصباحين لرفض الضوضاء الشائعة وازدواجية التأرجح، ويستخدم نهج آخر طباً مختلطاً منظماً للحد من الإفتراض الفعال للمدخلات، مما يؤدي إلى تحسين صورة الصور الفوتوغرافية على حساب وجود ضوضاءة.

نموذج التصميم العملي

(أ) النظر في تصميم جهاز استقبال بصري منخفض الدقة يستخدم في جهاز استشعار للضوء المحيط، ويتمتع جهاز التصوير الضوئي (مثلاً، BPW21R) بحساسية قدرها 0.6 A/W عند 550 nm، وبإسقاط 70 كيلو فولط عند صفر من التحيزات V.

Step 1: Determine Rf
Rf = 3 V / 1 µA = 3 MΩ. This high value limits bandwidth but is acceptable for a slow (<100 Hz) sensor.

Step 2: Choose Op-Amp]
A low-bias-current JFET op-amp such as the OPA145 (Ib = 2 pA, GBW = 5.5 MHz) is suitable.

Step 3: Calculate Feedback Capacitor]
Total input capacitance Cin = capacitance (70 pF) + op-amp input capacitance (4 pF)

Step 4: Verify Performance]
Simulate with SPICE: the closed-loop -3 dB bandwidth will be approximately f-3dB = 1 /2 /FLT:5]

This design yields a stable, low-noise TIA suitable for DC light measurement. For higher speed, reduce R](f] and use a lower-capacitance photodiode.

عمليات المحاكاة والاختبار

قبل بناء نموذج أولي، حفز دائرة TIA باستخدام نموذج مفصل للبريد الضوئي من نوع من أنواع التشغيل والنسخ الضوئي (بما في ذلك القدرة على المقاومة ومقاومة التفريغ) وفحص رد الترددات المغلقة على ذروة (يشير إلى عدم كفاية هامش المرحلة) وتعديل C(و) ) تبعاً لذلك، حجب الضوضاء الناتج عن المدخلات المفتوحة.

الموارد الخارجية

وللحصول على مزيد من القراءة، يرجى الرجوع إلى هذه الملاحظات ذات الحجية بشأن الطلب:

خاتمة

تصميم مضخة للكشف عن إشارات التصوير الضوئي يتطلب موازنة الأرباح، وضمادات النطاق، والضوضاء، والاستقرار من خلال اختيار العناصر المتأنية والتعويضات، من خلال فهم خصائص التصوير، وقيود التشغيل، وتأثير قيم شبكة التغذية المرتدة، يمكن للمهندسين أن يخلقوا دوائر موثوقة لكل من قياسات البلدان النامية المنخفضة السرعة وخطابات التصميم الضوئي العالية السرعة.