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系统噪声系统噪声的来源和分析

2022/07/16120 作者:佚名
导读:系统噪声系统噪声来源 近年来,红外技术与系统在工业、医学和科学研究等许多领域得到了广泛的应用和发展。红外探测器是红外系统的关键技术和核心器件。红外焦平面阵列(IRFPA)探测器的发展极大地提高了红外系统的性能。随着红外面阵规模越来越大,必须发展高速、多路、低噪声的信息获取电路以满足其需求。与红外探测器信息获取系统同,红外探测器测试系统需要更高的噪声水平要求。国内外商用红外探测器信息获取电路动态范围

系统噪声系统噪声来源

近年来,红外技术与系统在工业、医学和科学研究等许多领域得到了广泛的应用和发展。红外探测器是红外系统的关键技术和核心器件。红外焦平面阵列(IRFPA)探测器的发展极大地提高了红外系统的性能。随着红外面阵规模越来越大,必须发展高速、多路、低噪声的信息获取电路以满足其需求。与红外探测器信息获取系统同,红外探测器测试系统需要更高的噪声水平要求。国内外商用红外探测器信息获取电路动态范围在80 dB 左右,国外航天用红外探测器信息获取电路在90 dB 以上。低噪声的系统设计决定了数据后续处理的计算精度,具有至关重要的意义。基于以上考虑,本文分析红外探测器测试系统噪声的来源,以及各个部分噪声特性进行分析,并给出相应的抑制方法。

系统噪声系统噪声分析

完整的测试系统要对器件提供光源激励,同时由控制模块对器件提供驱动,偏压,使其正常工作,并对电信号进行采集和存储,最后将数据计算分析,并对器件的性能进行评价。对于噪声来说,测试系统的噪声 主要产生于电子模块,下面针对电子模块噪声进行详细分析与抑制方法研究。

在信息转化的每一个环节中都会相应的引入额外的噪声。研究探测器的噪声对红外探测器来说有着重要意义,但对于测试系统来说,探测器组件作为输入对象,在整个系统中作为一个整体组件进行分析。探测器组件RMS噪声在200

左右。

1)线缆噪声分析

线缆用于连接探测器组件和信息获取电路。线缆不仅是系统中最长的部分,而且它还类似于一个拾取和辐射噪声的高效天线,是噪声传导的良好通道,因此线缆是系统中最薄弱的部分。

2)调理电路噪声

调理电路主要将探测器输出信号调理成与ADC器件输入范围相匹配,以达到动态范围相匹配的作用.仪器仪表放大电路具有高共模抑制比,高输入阻抗,低噪声,低线性误差,低失调电压和失调电压漂移,低输入偏置电流和失调电流误差,带宽充裕等特征。适合光电成像系统,能够较好地完成图像信息的获取工作。

电阻和运放噪声是调理电路噪声来源主要部分,在该电路中电阻和运放本身均是非理想器件,电阻在电流流过时不可避免产生热噪声,运放则主要包括n端和p端的等效输入电流噪声及两端之间的等效电压输入噪声。

3)电源及偏压噪声

电源输出模块,如LDO和DC/DC等,在输出电压时,都会有一定的输出纹波,在器件的Datasheet中有明确的规格参数,对这一类噪声,一旦IC供电芯片确定了,这部分噪声也就确定了,但是如果负载瞬态电流的变化速率要求高些,供电IC就无法对负载的需求做出实时的响应,这样就会出现电压的跌落,从而引入噪声,对于高于供电IC实时响应的瞬态负载电流,就需要增加额外的去祸电容满足这一需求。我们采用不同容值不同材质的电容组合可以有效去除。

4) ADC噪声

模拟数字转化(ADC)模块主要完成模拟图像信号的模拟数字转化工作,对于ADC由于有效量化位数的限制,存在着不可避免的量化噪声,量化噪声主要受到信号统计特征和量化位数的限制。量化噪声是信息获取系统中一个必然存在的量,随着量化位宽的增加呈指数下降的趋势。对于ADC器件除了存在量化噪声这一物理量之外还存在半导体器件共同具有的1/f 噪声,热噪声等,只是这些噪声在器件设计之初已经被很好的限制,相对于量化噪声可以忽略不计,因此在实际分析中只需要重点关注量化噪声。

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