AN-1194 四象限光电二极管用于高精度位移测量系统的应用案例

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发表于 2017-10-17 09:48:03   855 查看 0 回复 显示全部楼层 倒序浏览
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四象限光电二极管是光学跟踪和位移测量系统中的关键部件。典型应用包括光学数据存储设备中拾取激光的光束居中,激光镊(光阱)系统中的珠位测量与阱刚度标定、扫描探针显微镜中的悬臂位移测量,以及各种长距离激光跟踪的应用,如航天和卫星光通信,以及针对土木工程和采矿业校准的应用。此外,由于其简单、可靠的设计和高灵敏度,四象限光电二极管是二维光束对中和位移测量最常用的位置敏感器件。不过,四象限光电二极管的电路,例如模拟信号处理链后面的电路限制了整个传感系统的特性。因此,要特别注意配套电路的设计。通常情况下,基于四象限光电二极管的位移测量系统都用于户外(如土木工程和采矿业),其中的测量系统必须是电池供电的。考虑到这种测量系统的广泛应用,需要不断降低电源电压和功耗,因此必须密切关注电路设计。
在本应用笔记中,我们将提出一个针对高精度位移测量、基于SILEGOSLG88104V轨至轨I/O375 nA四运放的低电压、超低功耗、低噪声四象限光电二极管电路设计。
用四象限光电二极管测量位置
测量系统的具体要求往往取决于:精度、准确性、线性度、动态范围和频率带宽。在进行测量的位置和四象限光电物体之间,使用由一个光源组成的光学系统(通常使用激光或LED),通常是非常简单的无源光学组件来完成这些指定要求。这种特殊而简单的光学系统起到确定物体位置和光点在四象限光电二极管敏感表面的位置的作用。象限光电二极管表面的光斑辐照度分布主要取决于所用光源,也取决于目标光学耦合系统的特性。无论四象限光二极管表面的光点辐射分布如何,大多数关于四象限光电二极管中心的光点位置评估算法都是基于光点重心的位置计算。这样的算法实现了高灵敏度、高速度、高分辨率的位置测量。每个四象限光电二极管都由沉积在一个芯片上的四个匹配的光电二极管组成,如图1所示。

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