Cumu riduce u rumore di i fotodetettori

Cumu riduce u rumore di i fotodetettori

U rumore di i fotodetettori include principalmente: rumore di corrente, rumore termicu, rumore di scatto, rumore 1/f è rumore à banda larga, ecc. Questa classificazione hè solu relativamente approssimativa. Sta volta, introdurremu caratteristiche è classificazioni di rumore più dettagliate per aiutà tutti à capisce megliu l'impattu di vari tipi di rumore nantu à i signali di uscita di i fotodetettori. Solu capiscendu e fonti di rumore pudemu riduce è migliurà megliu u rumore di i fotodetettori, ottimizendu cusì u rapportu segnale-rumore di u sistema.

U rumore di colpu hè una fluttuazione aleatoria causata da a natura discreta di i purtatori di carica. In particulare in l'effettu fotoelettricu, quandu i fotoni colpiscenu cumpunenti fotosensibili per generà elettroni, a generazione di questi elettroni hè aleatoria è cunforme à a distribuzione di Poisson. E caratteristiche spettrali di u rumore di colpu sò piatte è indipendenti da a magnitudine di frequenza, è dunque hè ancu chjamatu rumore biancu. Descrizzione matematica: U valore quadraticu mediu (RMS) di u rumore di colpu pò esse espressu cum'è:

Trà elli:

e: Carica elettronica (circa 1,6 × 10-19 coulomb)

Idark: Corrente scura

Δf: Larghezza di banda

U rumore di scattu hè proporzionale à a magnitudine di a corrente è hè stabile à tutte e frequenze. In a formula, Idark rapprisenta a corrente scura di u fotodiodu. Vale à dì, in assenza di luce, u fotodiodu hà un rumore di corrente scura indesideratu. Cum'è u rumore inerente à l'estremità frontale di u fotodetector, più grande hè a corrente scura, più grande hè u rumore di u fotodetector. A corrente scura hè ancu influenzata da a tensione di funziunamentu di polarizazione di u fotodiodu, vale à dì, più grande hè a tensione di funziunamentu di polarizazione, più grande hè a corrente scura. Tuttavia, a tensione di funziunamentu di polarizazione influenza ancu a capacità di giunzione di u fotodetector, influenzendu cusì a velocità è a larghezza di banda di u fotodetector. Inoltre, più grande hè a tensione di polarizazione, più grande hè a velocità è a larghezza di banda. Dunque, in termini di rumore di scattu, corrente scura è prestazioni di larghezza di banda di i fotodiodi, un cuncepimentu raghjonevule deve esse realizatu secondu i requisiti attuali di u prugettu.

2. Rumore di sfarfallamentu 1/f

U rumore 1/f, cunnisciutu ancu cum'è rumore di sfarfallamentu, si verifica principalmente in a gamma di bassa frequenza è hè ligatu à fattori cum'è i difetti di u materiale o a pulizia di a superficia. Da u so diagramma di caratteristica spettrale, si pò vede chì a so densità spettrale di putenza hè significativamente più chjuca in a gamma di alta frequenza chè in a gamma di bassa frequenza, è per ogni aumentu di 100 volte di a frequenza, u rumore di densità spettrale diminuisce linearmente di 10 volte. A densità spettrale di putenza di u rumore 1/f hè inversamente proporzionale à a frequenza, vale à dì:

Trà elli:

SI(f) : Densità spettrale di putenza di rumore

I: Currente

f: Frequenza

U rumore 1/f hè significativu in a gamma di bassa frequenza è s'indebulisce cù l'aumentu di a frequenza. Sta caratteristica ne face una fonte maiò d'interferenza in l'applicazioni à bassa frequenza. U rumore 1/f è u rumore à banda larga provenenu principalmente da u rumore di tensione di l'amplificatore operazionale in u fotodetector. Ci sò parechje altre fonti di rumore chì influenzanu u rumore di i fotodetector, cum'è u rumore di l'alimentazione di l'amplificatori operazionali, u rumore di corrente è u rumore termicu di a rete di resistenza in u guadagnu di i circuiti di l'amplificatore operazionale.

3. Rumore di tensione è corrente di l'amplificatore operazionale: E densità spettrali di tensione è corrente sò mostrate in a figura seguente:

In i circuiti di amplificazione operazionale, u rumore di corrente hè divisu in rumore di corrente in fase è rumore di corrente invertente. U rumore di corrente in fase i+ scorre attraversu a resistenza interna di a fonte Rs, generendu un rumore di tensione equivalente u1 = i + * Rs. U rumore di corrente invertente I- scorre attraversu a resistenza equivalente di guadagnu R per generà un rumore di tensione equivalente u2 = I- * R. Cusì, quandu l'RS di l'alimentazione hè grande, u rumore di tensione cunvertitu da u rumore di corrente hè ancu assai grande. Dunque, per ottimizà per un rumore megliu, u rumore di l'alimentazione (cumprese a resistenza interna) hè ancu una direzzione chjave per l'ottimizazione. A densità spettrale di u rumore di corrente ùn cambia micca cù e variazioni di frequenza. Dunque, dopu esse statu amplificatu da u circuitu, cum'è a corrente scura di u fotodiodu, forma cumpletamente u rumore di colpu di u fotodetector.

4. U rumore termicu di a rete di resistenza per u guadagnu (fattore di amplificazione) di u circuitu di l'amplificatore operazionale pò esse calculatu cù a formula seguente:

Trà elli:

k: Custante di Boltzmann (1,38 × 10-23J/K)

T: Temperatura Assoluta (K)

R: U rumore termicu di a resistenza (ohms) hè ligatu à a temperatura è à u valore di resistenza, è u so spettru hè pianu. Si pò vede da a formula chì più grande hè u valore di resistenza di guadagnu, più grande hè u rumore termicu. Più grande hè a larghezza di banda, più grande serà ancu u rumore termicu. Dunque, per assicurà chì u valore di resistenza è u valore di larghezza di banda soddisfinu sia i requisiti di guadagnu sia i requisiti di larghezza di banda, è infine esigenu ancu un rapportu segnale-rumore bassu o altu, a selezzione di e resistenze di guadagnu deve esse attentamente cunsiderata è valutata in basa à i requisiti attuali di u prugettu per ottene u rapportu segnale-rumore ideale di u sistema.

Riassuntu

A tecnulugia di migliurazione di u rumore ghjoca un rollu significativu in u miglioramentu di e prestazioni di i fotodetectori è di i dispositivi elettronichi. Alta precisione significa bassu rumore. Cù a tecnulugia chì richiede una precisione più alta, i requisiti per u rumore, u rapportu segnale-rumore è a putenza di rumore equivalente di i fotodetectori sò ancu sempre più alti.