光电二极管实现精密光学测量分析

频率内，远离环境噪声

由于调制信号频率是可控的，因此可以利用相同的时钟同步解调接收到的光。图10中的电路是一个非常简单的同步解调器。光电二极管放大器输出端的电压交流耦合，然后以可编程增益+1和–1经放大器传输。增益开关经同步处理，可在预期开灯的确切时刻将增益设为+1，并在预期关灯的时刻设为–1。理想情况下，输出将是直流电压，并与光脉冲的幅度有关。低通滤波器抑制一切与调制时钟不同步的信号。低通滤波器的截止频率等于调制频率周围的带通滤波器宽度。例如，假设调制频率为5 kHz，并且采用带宽为10 Hz的低通滤波器，则电路输出可将信号从4.99 kHz传输至5.01 kHz。降低低通滤波器带宽可获得更好的抑制效果，但代价是建立时间更长。

图10. 同步检测电路One

图9还显示了使用斩波需注意的另一点。斩波产生的波形并不是频域内单一的线条(要求使用正弦波)，而是斩波频率下的线条和其奇次谐波。斩波频率奇次谐波处的任何噪声都将以最小程度的衰减出现在输出端。通过使用正弦波调制可将其完全消除，但需要用到更为复杂或成本更高的电路。另一种解决方案是选择一个罕见的基波频率，其谐波不符合任何已知的干扰源。您还可在固件内实现图10中的相同功能。您可以根据调制时钟同步采样斩波光信号，并使用数字信号处理技术提取目标频率的幅度信息。

光电二极管放大器是大多数精密光学测量系统的重要构建模块。选择正确的运算放大器很重要，是获得最佳系统性能的第一步。使用其他性能增强技术——比如可编程增益和同步检测——有助于增加动态范围并抑制噪声。如您希望了解有关精密光电二极管电路的更多信息，请访问http://instrumentation.analog.com/en/chemical-analysis/segment/im.html.

参考电路

电路笔记CN0312。带可编程增益跨阻放大器和同步检波器的双通道色度计。

Orozco, Luis. "可编程增益跨阻放大器使光谱系统的动态范围达到最大。" 模拟对话，第47卷。2013年第5期。

ADA4817数据手册.

Johnson, Mark. 光电检测和测量：光纤系统中最大限度提升性能纽约：McGraw-Hill, 2003。

作者

Luis Orozco是ADI公司工业和仪器仪表部的系统应用工程师。主要涉足精密仪器仪表、化学分析和环境监测应用。他于2011年2月加入ADI公司。

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