Cara mengurangkan hingar fotodetektor
Bunyi pengesan foto terutamanya merangkumi: bunyi arus, bunyi terma, bunyi tembakan, bunyi 1/f dan bunyi jalur lebar, dan sebagainya. Pengelasan ini hanyalah pengelasan yang agak kasar. Kali ini, kami akan memperkenalkan ciri dan pengelasan bunyi yang lebih terperinci untuk membantu semua orang memahami dengan lebih baik kesan pelbagai jenis bunyi pada isyarat output pengesan foto. Hanya dengan memahami sumber bunyi, kita dapat mengurangkan dan menambah baik bunyi pengesan foto dengan lebih baik, sekali gus mengoptimumkan nisbah isyarat-ke-bunyi sistem.
Bunyi tembakan ialah turun naik rawak yang disebabkan oleh sifat diskret pembawa cas. Terutamanya dalam kesan fotoelektrik, apabila foton mengenai komponen fotosensitif untuk menjana elektron, penjanaan elektron ini adalah rawak dan mematuhi taburan Poisson. Ciri-ciri spektrum bunyi tembakan adalah mendatar dan tidak bergantung kepada magnitud frekuensi, dan oleh itu ia juga dipanggil bunyi putih. Huraian matematik: Nilai punca min kuasa dua (RMS) bagi bunyi tembakan boleh dinyatakan sebagai:
Antaranya:
e: Cas elektronik (kira-kira 1.6 × 10-19 coulomb)
Idark: Arus gelap
Δf: Lebar jalur
Bunyi tembakan adalah berkadar terus dengan magnitud arus dan stabil pada semua frekuensi. Dalam formula, Idark mewakili arus gelap fotodiod. Iaitu, jika tiada cahaya, fotodiod mempunyai bunyi arus gelap yang tidak diingini. Sebagai bunyi yang wujud di bahagian paling hadapan fotodetektor, semakin besar arus gelap, semakin besar bunyi fotodetektor. Arus gelap juga dipengaruhi oleh voltan operasi bias fotodiod, iaitu semakin besar voltan operasi bias, semakin besar arus gelap. Walau bagaimanapun, voltan kerja bias juga mempengaruhi kapasitans simpang fotodetektor, sekali gus mempengaruhi kelajuan dan lebar jalur fotodetektor. Selain itu, semakin besar voltan bias, semakin besar kelajuan dan lebar jalur. Oleh itu, dari segi bunyi tembakan, arus gelap dan prestasi lebar jalur fotodiod, reka bentuk yang munasabah harus dijalankan mengikut keperluan projek sebenar.
2. 1/f Bunyi Kelipan
Bunyi 1/f, juga dikenali sebagai bunyi kerlipan, terutamanya berlaku dalam julat frekuensi rendah dan berkaitan dengan faktor seperti kecacatan bahan atau kebersihan permukaan. Daripada gambar rajah ciri spektrumnya, dapat dilihat bahawa ketumpatan spektrum kuasanya jauh lebih kecil dalam julat frekuensi tinggi berbanding julat frekuensi rendah, dan bagi setiap 100 kali ganda peningkatan frekuensi, bunyi ketumpatan spektrum berkurangan secara linear sebanyak 10 kali ganda. Ketumpatan spektrum kuasa bunyi 1/f adalah berkadar songsang dengan frekuensi, iaitu:
Antaranya:
SI(f) : Ketumpatan spektrum kuasa hingar
Saya: Semasa
f: Kekerapan
Bunyi 1/f adalah ketara dalam julat frekuensi rendah dan menjadi lemah apabila frekuensi meningkat. Ciri ini menjadikannya sumber gangguan utama dalam aplikasi frekuensi rendah. Bunyi 1/f dan bunyi jalur lebar terutamanya datang daripada bunyi voltan penguat operasi di dalam fotopengesan. Terdapat banyak sumber bunyi lain yang mempengaruhi bunyi fotopengesan, seperti bunyi bekalan kuasa penguat operasi, bunyi arus dan bunyi terma rangkaian rintangan dalam gandaan litar penguat operasi.
3. Bunyi voltan dan arus penguat operasi: Ketumpatan spektrum voltan dan arus ditunjukkan dalam rajah berikut:
Dalam litar penguat operasi, hingar arus dibahagikan kepada hingar arus dalam fasa dan hingar arus songsang. Hingar arus dalam fasa i+ mengalir melalui rintangan dalaman sumber Rs, menghasilkan hingar voltan setara u1= i+*Rs. I- Hingar arus songsang mengalir melalui perintang setara gandaan R untuk menghasilkan hingar voltan setara u2= I-* R. Jadi apabila RS bekalan kuasa adalah besar, hingar voltan yang ditukar daripada hingar arus juga sangat besar. Oleh itu, untuk mengoptimumkan hingar yang lebih baik, hingar bekalan kuasa (termasuk rintangan dalaman) juga merupakan hala tuju utama untuk pengoptimuman. Ketumpatan spektrum hingar arus juga tidak berubah dengan variasi frekuensi. Oleh itu, selepas dikuatkan oleh litar, ia, seperti arus gelap fotodiod, membentuk hingar tangkapan fotopengesan secara komprehensif.
4. Bunyi terma rangkaian rintangan untuk gandaan (faktor penguatan) litar penguat operasi boleh dikira menggunakan formula berikut:
Antaranya:
k: Pemalar Boltzmann (1.38 × 10-23J/K)
T: Suhu Mutlak (K)
R: Bunyi haba rintangan (ohm) berkaitan dengan suhu dan nilai rintangan, dan spektrumnya adalah rata. Dapat dilihat daripada formula bahawa semakin besar nilai rintangan gandaan, semakin besar bunyi haba. Semakin besar lebar jalur, semakin besar bunyi haba juga. Oleh itu, untuk memastikan nilai rintangan dan nilai lebar jalur memenuhi kedua-dua keperluan gandaan dan keperluan lebar jalur, dan akhirnya juga menuntut nisbah bunyi rendah atau nisbah isyarat-ke-bunyi yang tinggi, pemilihan perintang gandaan perlu dipertimbangkan dan dinilai dengan teliti berdasarkan keperluan projek sebenar untuk mencapai nisbah isyarat-ke-bunyi yang ideal bagi sistem.
Ringkasan
Teknologi penambahbaikan hingar memainkan peranan penting dalam meningkatkan prestasi fotopengesan dan peranti elektronik. Ketepatan tinggi bermaksud hingar yang rendah. Memandangkan teknologi memerlukan ketepatan yang lebih tinggi, keperluan untuk hingar, nisbah isyarat-ke-hingar dan kuasa hingar setara fotopengesan juga semakin tinggi.
Masa siaran: 22-Sep-2025