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位置探測(cè)器PSD選型指導(dǎo)---性能參數(shù)解讀

        位置探測(cè)器PSD是利用光電二極管表面電阻的光電位置傳感器。與CCD等離散元件探測(cè)器不同,PSD可提供連續(xù)位置數(shù)據(jù)、高位置分辨率和高速響應(yīng)。其中,一維PSD具有狹長(zhǎng)受光面,并且檢測(cè)縱向方向上的位置,適用于位移計(jì)和其他高精度測(cè)距應(yīng)用,如光電開關(guān);二維PSD是一種用于二維位置檢測(cè)的位置探測(cè)器,可用于雙面和正面分段式型號(hào)。


        以下是位置探測(cè)器PSD的彩頁(yè)參數(shù)及常見(jiàn)參數(shù)解釋,包括參數(shù)定義和相關(guān)解析。

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一、位置分辨率

        位置分辨率即可探測(cè)的最小光斑位移。分辨率數(shù)值與PSD的長(zhǎng)度和測(cè)量系統(tǒng)的帶寬成正比,與PSD的光電流成反比。以二維PSD模塊C10443-01為例,位置分辨率為0.3 μm。

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二、位置探測(cè)誤差

        通過(guò)計(jì)算的光斑位置通常和真實(shí)入射位置存在誤差,誤差計(jì)算公式如下:

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        以濱松二維PSD S5991-01為例,位置探測(cè)誤差典型值70μm,測(cè)量條件為入射波長(zhǎng)900nm,反向偏壓5V,光斑直徑0.2mm以上,該誤差測(cè)量值在光敏面的80%的圓內(nèi)獲取。

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        位置探測(cè)誤差會(huì)隨著光斑中心到電氣中心的距離而變化,距離越遠(yuǎn),誤差越大。以二維PSD模塊C10443-01為例,光斑中心距離電氣中心左右1.5mm時(shí),位置探測(cè)誤差約85μm。

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誤差擬合線

        位置探測(cè)誤差同距離有一定的線性關(guān)系,可以通過(guò)線性擬合標(biāo)定的方式進(jìn)行PSD探測(cè)誤差的消除。


三、光靈敏度

        光靈敏度(單位:A/W)為光電流(單位:A)與特定波長(zhǎng)入射光輻射能通量(單位:W)的比值。以S5991-01為例,當(dāng)入射光為峰值波長(zhǎng)時(shí),光靈敏度為0.6 A/W。


四、峰值靈敏度波長(zhǎng)

        峰值靈敏度波長(zhǎng)是指,光譜響應(yīng)中,靈敏度最大值所在的波長(zhǎng)。一般來(lái)講選擇與待測(cè)光波段附近的峰值靈敏度波長(zhǎng),信號(hào)輸出更大。


五、光譜響應(yīng)范圍

        光譜響應(yīng)范圍的短波下限取決于窗材透過(guò)率,長(zhǎng)波上限取決于本征材料特性。環(huán)氧樹脂涂料(Epoxy coating)易吸收短波成分,對(duì)于波長(zhǎng)320nm以下有探測(cè)需求的,選擇有機(jī)硅涂料(Silicone coating)。

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        硅在常溫下的帶隙能為1.24eV。λc = 1240(eV)/Eg (nm),Eg:帶隙能。因此,長(zhǎng)波截止約在1100 nm附近。


六、上升時(shí)間與截止頻率

        和光電二極管一樣,PSD的響應(yīng)速度是指產(chǎn)生的載流子作為電流輸出到外部電路的時(shí)間,通常用上升時(shí)間或截止頻率表示,是在探測(cè)快速移動(dòng)的光斑或者為了減除背景光而使用脈沖驅(qū)動(dòng)型信號(hào)光源時(shí)的重要參數(shù)。


        上升時(shí)間定義為輸出信號(hào)從峰值的10%上升到90%所需要的時(shí)間。當(dāng)PSD接收到激光二極管等發(fā)射的正弦調(diào)制光波時(shí),其截止頻率fc定義為,PSD的輸出電流或電壓相比于100%輸出下降3dB時(shí)的頻率。截止頻率(fc)與上升時(shí)間(tr)的換算公式為:tr(ns)=0.35 / fc(GHz)。


        對(duì)于一般連續(xù)光源,光斑點(diǎn)在目標(biāo)位置能夠停留PSD要求的響應(yīng)時(shí)間,移動(dòng)頻率小于三倍的PSD截止頻率可以使PSD定位更準(zhǔn)。


七、飽和光電流

        飽和光電流是指整個(gè)感光面被照射時(shí)所測(cè)量的全部光電流。在背景光很強(qiáng)的室外或者信號(hào)光很強(qiáng)的情況下使用PSD時(shí),必須考慮光電流飽和。飽和PSD的輸出導(dǎo)致線性度偏離,PSD將無(wú)法正常工作。


        避免光電流飽和的措施包括使用濾光片,降低背景光強(qiáng)。也可以使用感光面小的PSD,或者提高反向電壓,還可以降低電極間電阻,或者增大光斑尺寸。


八、極間電阻

        極間電阻指的是陽(yáng)極pin1和陽(yáng)極pin2之間的電阻,也叫位置電阻(positioning resistance),它是在電壓為0.1 V的條件下測(cè)得的。

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        分流電阻指的是陽(yáng)極pin1或陽(yáng)極pin2與陰極pin3之間的電阻。


九、暗電流

        當(dāng)電路中加上了反向電壓(VR)時(shí),會(huì)一直有電流通過(guò)PSD,這個(gè)電流甚至在PSD不感光時(shí)也依然存在,所以稱之為暗電流。


        影響暗電流大小的有兩個(gè)因素,一個(gè)是反向電壓,一個(gè)是溫度。


        但暗電流本身不是噪聲,暗電流的不確定性(其實(shí)就是來(lái)自暗電流的散粒噪聲)才是噪聲。舉個(gè)具體的例子,假設(shè)暗電流為100pA,實(shí)際的暗電流則是會(huì)在100pA左右波動(dòng),這一時(shí)刻可能是97pA,下一時(shí)刻又變成101pA,這個(gè)不確定性的絕對(duì)量會(huì)隨著暗電流的變大而變大,所以暗電流越大,噪聲就越大。


十、終端電容

        由于耗盡層的存在,PSD的PN結(jié)中會(huì)形成一個(gè)等效電容,稱作結(jié)電容(Cj)。終端電容(Ct)包含了結(jié)電容(Cj)和封裝時(shí)所產(chǎn)生的寄生電容(package stray capacitance),是一個(gè)更加實(shí)用的數(shù)據(jù)。一般說(shuō)來(lái),終端電容(Ct)越大,響應(yīng)速度越慢——通俗地理解,電容大了,充放電時(shí)間變長(zhǎng),最終影響PSD輸出信號(hào)的時(shí)效性。


        以上就是關(guān)于位置探測(cè)器PSD的性能參數(shù)解讀,希望在大家選型PSD時(shí)有所幫助。


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