海爾欣光電HPPD-M-B探測器性能介紹

1. 概述

MCT 中紅外探測器是一種熱電冷卻光電導 HgCdTe(碲鎘汞，MCT)探測器， 這種材料對 2 到 12um 的中紅外光譜波段光波敏感。海爾欣的中紅外探測器可采用直流或交流耦合輸出，直流耦合方便用戶實時觀測探測器上的光強信號，繼而方便係統對光調試；交流耦合輸出可以讓用戶解調微弱的交流小信號，一定程度上避免過高的直流光信號將探測器飽和。探測器與(yu) 熱電冷卻器（TEC）相連接， TEC 采用一個(ge) 熱敏電阻反饋電路對探測器元件的溫度控製在-30℃甚至更低溫度，從(cong) 而將熱噪聲和背景輻射對輸出信號的影響小化。為(wei) 有效地減少電磁噪聲對檢測輸出信號的影響， 探測器外殼采用了鋁合金屏蔽殼體(ti) 製作，同時起到散熱的作用。

2. 性能

•  半導體(ti) 冷卻型碲鎘汞紅外光電探測器；
• 對2~12 um的中紅外光譜波段光波敏感；
• 內(nei) 部一體(ti) 化集成低噪聲前置運放+TEC控製單元；
• TEC熱電冷卻穩定 -80℃ 至-30℃ ，極大地降低了熱噪聲；

3. 優勢

• 前放+製冷控製一體化，噪聲能進一步降低，使用也更為便捷
• 性價比高於同款進口產品，波長覆蓋也更寬
• 海爾欣針對紅外探測應用自主研發，更適合係統集成，更及時專業的售後服務

4. 探測器噪聲測試

• 測試原理

待測噪聲A，頻譜米兰app下载苹果手机版官网基底噪聲為(wei) B，噪聲A 接入頻譜米兰app下载苹果手机版官网後，測得噪聲為(wei) 頻譜米兰app下载苹果手机版官网總噪聲C（探測器放大後噪聲A和頻譜米兰app下载苹果手机版官网基底噪聲B）。它們(men) 之間關(guan) 係如下：

A²+B²=C²

           圖.1   HPPD-M-B探測器噪聲測試係統

    由於(yu) HPPD-M-B探測器感光單元噪聲Ain信號較小，需要對噪聲信號Ain進行放大處理，圖.1 中間框HPPD-M-B專(zhuan) 指探測器前置放大電路，實際探測器芯片已集成到HPPD-M-B探測器產(chan) 品中。   

其中Ain為(wei) 歸一化到探測器輸入端的電流噪聲密度（單位為(wei) pA/√Hz）,為(wei) 我們(men) 的待求結果，A₀為(wei) Ain經探測器HPPD-M-B放大N倍後的信號，Rout為(wei) 探測器的輸出阻抗（Ω），A為(wei) 頻譜米兰app下载苹果手机版官网輸入端信號，Rin為(wei) 頻譜米兰app下载苹果手机版官网的輸入阻抗（Ω），B為(wei) 頻譜儀(yi) 基底噪聲（與(yu) 測量係統基底噪聲相同），C為(wei) 頻譜米兰app下载苹果手机版官网的頻率掃描結果。可以得到係統中存在如下關(guan) 係：

 A0=Ain*N

A=A0*Rin/(Rin+Rout)

 A2+B2=C2

注：

轉噪聲密度：噪聲密度（nV/√Hz）= RMS volts/√RBW故通過頻率米兰app下载苹果手机版官网測試探測器輸出端噪聲，便可容易的推算出歸一化到探測器輸入端的電流噪聲密度。

• 測試係統參數說明：

放大倍數N = 15000V/A，探測器輸出阻抗Rout =16Ω，頻譜米兰app下载苹果手机版官网輸入阻抗Rin = 50Ω

頻率掃描範圍0-100 kHz，分辨率帶寬RBW = 10Hz

• 測試過程：

1.短路頻譜米兰app下载苹果手机版官网的信號輸入端口，為(wei) 頻譜儀(yi) 噪聲基底的頻率掃描結果得到係統基底噪聲B₁；

2.按圖1連接測試係統，將配套SMA轉BNC同軸線纜一端連接到探測器的SMA輸出端口，另一端連接到頻譜米兰app下载苹果手机版官网（型號N9320B）的信號輸入端口；得到未供電時的測試係統頻率掃描結果，為(wei) 測試係統的噪聲基底B,可以發現測試係統的噪聲基底B與(yu) 頻譜儀(yi) 輸入端短路時噪聲B₁相同，如下圖2中的曲線V1（該曲線為(wei) 係統的基底噪聲B）。

3.係統供電，將配套+5V電源適配器一端插入探測器電源供電口，另一端插入市電插座，撥動電源開關(guan) 上電，此時風扇將正常工作，探測器開始溫度調節，熱機約10分鍾後，溫控指示燈亮，溫度穩定於(yu) 預設值。此時，可得到供電狀態下，測試係統的頻率掃描結果，如下圖2中的曲線V2（該曲線為(wei) 係統的總噪聲C）。

注意：測試過程中，探測器感光單元一直為(wei) 遮光狀態。

圖2.頻率掃描結果（0-100kHz）

• 計算結果

讀圖：100kHz時，頻譜儀(yi) 基底B =-120dBm，掃頻結果C = -117dBm，兩(liang) 者RMS均為(wei) 10Hz。

功率dBm轉DBM.shtml-120dBm對應RMS volts為(wei) 223.607nV；-117dBm對應RMS volts為(wei) 315.853nV。

根據RBM volts轉噪聲密度公式：噪聲密度（nV/√Hz）= RMS volts/√RBW計算噪聲密度B 為(wei) 70.71nV/√Hz ，噪聲密度C 為(wei) 99.88nV/√Hz。

根據計算公式：A2+B2=C2可以等到A=70.54nV/√Hz

根據計算公式 ：A=A0*Rin/(Rin+Rout)；Rin=50Ω、Rout=16Ω 可以得到A0=93.11nV/√Hz 。

通過公式：A0=Ain*N其中N為(wei) 放大倍數15000V/A 可以得到Ain=6.2pA/√Hz。

附1.探測器芯片的電流噪聲密度

HPPD-M-B編號：96610，芯片電流噪聲 4.7 pA/√Hz5V測試結果表明，歸一化到探測器輸入端的電流噪聲密度Ain為(wei) 6.2pA/√Hz，則海爾欣的前置低噪聲運放的噪聲係數僅(jin) 為(wei) 2.4dB。計算方法為(wei) ：信噪比：信號功率/噪聲功率（下述計算提到的功率都以歸一化噪聲電流同比表示）噪聲係數NF = 輸入端信噪比/輸出端信噪比 噪聲係數可由下列式表示：

Si為(wei) 輸入信號功率，即為(wei) 光電流信號；Ni 為(wei) 輸入噪聲功率，即為(wei) 芯片電流噪聲 4.7 pA/√HzS0為(wei) 輸出端信號功率，即為(wei) S0=Si*NN0為(wei) 輸出噪聲功率，即為(wei) Ain*N通過上計算可以得到噪聲係數NF=Ain/Ni根據上麵計算結果可知Ain=6.2 pA/√Hz，Ni=4.7 pA/√Hz則噪聲係數NF=1.32，根據噪聲係數轉換噪聲dB公式：dB=20lgNF=2.4可以得到噪聲係數為(wei) 2.4 dB.

• 附2.與進口探測器比較

             圖.3  VIGO探測器與(yu) HPPD-M-B噪聲比較

V3為(wei) HPPD-M-B ,適配器供電(放大15000倍)

V2為(wei) 某進口探測器，本底比HPPD-M-B低是因其放大倍數較低的緣故。

結論，綜合來看，海爾欣的HPPD-M-B型中紅外探測器噪聲與(yu) 進口探測器處於(yu) 同一水平，從(cong) 功能上來講沒有太大差別。再結合其運放與(yu) TEC製冷高度集成的設計，HPPD-M-B型探測器極大地方便了用戶的使用和係統集成，是一款小巧、出色的製冷型單像素紅外探測器。