photodetector တွေရဲ့ noise ကို ဘယ်လိုလျှော့ချမလဲ။

photodetector တွေရဲ့ noise ကို ဘယ်လိုလျှော့ချမလဲ။

photodetector များ၏ ဆူညံသံတွင် အဓိကအားဖြင့် current noise၊ thermal noise၊ shot noise၊ 1/f noise နှင့် wideband noise စသည်တို့ ပါဝင်သည်။ ဤခွဲခြားမှုသည် အကြမ်းဖျင်းသာဖြစ်သည်။ ယခုတစ်ကြိမ်တွင် photodetector များ၏ output signal များအပေါ် noise အမျိုးအစားအမျိုးမျိုး၏ သက်ရောက်မှုကို လူတိုင်း ပိုမိုနားလည်နိုင်စေရန်အတွက် ပိုမိုအသေးစိတ်ကျသော noise လက္ခဏာများနှင့် ခွဲခြားမှုများကို မိတ်ဆက်ပေးပါမည်။ noise ၏ အရင်းအမြစ်များကို နားလည်ခြင်းဖြင့်သာ photodetector များ၏ ဆူညံသံကို ပိုမိုကောင်းမွန်စွာ လျှော့ချနိုင်ပြီး တိုးတက်ကောင်းမွန်စေနိုင်ပြီး စနစ်၏ signal-to-noise အချိုးကို အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင် လုပ်ဆောင်နိုင်ပါသည်။

ပစ်ခတ်ဆူညံသံသည် အားသွင်းသယ်ဆောင်သူများ၏ သီးခြားသဘောသဘာဝကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော ကျပန်းအတက်အကျတစ်ခုဖြစ်သည်။ အထူးသဖြင့် photoelectric effect တွင်၊ ဖိုတွန်များသည် photosensitive အစိတ်အပိုင်းများကို ထိမှန်ပြီး အီလက်ထရွန်များထုတ်လုပ်သောအခါ၊ ဤအီလက်ထရွန်များထုတ်လုပ်ခြင်းသည် ကျပန်းဖြစ်ပြီး Poisson ဖြန့်ဖြူးမှုနှင့် ကိုက်ညီသည်။ ပစ်ခတ်ဆူညံသံ၏ ရောင်စဉ်ဝိသေသလက္ခဏာများသည် ပြားချပ်ပြီး ကြိမ်နှုန်းပမာဏနှင့် မသက်ဆိုင်သောကြောင့် အဖြူရောင်ဆူညံသံဟုလည်း ခေါ်ဆိုသည်။ သင်္ချာဆိုင်ရာဖော်ပြချက်- ပစ်ခတ်ဆူညံသံ၏ root mean square (RMS) တန်ဖိုးကို အောက်ပါအတိုင်းဖော်ပြနိုင်သည်-

သူတို့ထဲတွင်:

e: အီလက်ထရွန်နစ် အားသွင်းမှု (ခန့်မှန်းခြေအားဖြင့် 1.6 × 10-19 ကူလုံး)

Idark: မှောင်မိုက်သော စီးကြောင်း

Δf: လှိုင်းအလျား

Shot noise သည် current ၏ပမာဏနှင့် အချိုးကျပြီး frequencies အားလုံးတွင် တည်ငြိမ်သည်။ ဖော်မြူလာတွင် Idark သည် photodiode ၏ dark current ကိုကိုယ်စားပြုသည်။ ဆိုလိုသည်မှာ အလင်းရောင်မရှိသောအခါ photodiode တွင် မလိုလားအပ်သော dark current noise ရှိသည်။ photodetector ၏ ရှေ့ဆုံးတွင် inherent noise အနေဖြင့် dark current ကြီးလေ photodetector ၏ noise ကြီးလေဖြစ်သည်။ dark current သည် photodiode ၏ bias operating voltage ကြောင့်လည်း သက်ရောက်မှုရှိသည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ bias operating voltage ကြီးလေ dark current ကြီးလေဖြစ်သည်။ သို့သော် bias working voltage သည် photodetector ၏ junction capacitance ကိုလည်း သက်ရောက်မှုရှိပြီး photodetector ၏ speed နှင့် bandwidth ကို လွှမ်းမိုးသည်။ ထို့အပြင် bias voltage ကြီးလေ speed နှင့် bandwidth ကြီးလေဖြစ်သည်။ ထို့ကြောင့် photodiode များ၏ shot noise၊ dark current နှင့် bandwidth စွမ်းဆောင်ရည်အရ၊ ကျိုးကြောင်းဆီလျော်သော ဒီဇိုင်းကို ပရောဂျက်လိုအပ်ချက်များနှင့်အညီ လုပ်ဆောင်သင့်သည်။

၂။ ၁/f တုန်ခါမှုဆူညံသံ

1/f ဆူညံသံ သို့မဟုတ် flicker noise ဟုလည်း လူသိများသော 1/f ဆူညံသံသည် အဓိကအားဖြင့် ကြိမ်နှုန်းနိမ့်အပိုင်းအခြားတွင် ဖြစ်ပေါ်ပြီး ပစ္စည်းချို့ယွင်းချက်များ သို့မဟုတ် မျက်နှာပြင်သန့်ရှင်းမှုကဲ့သို့သော အချက်များနှင့် ဆက်စပ်နေသည်။ ၎င်း၏ spectral characteristic diagram မှ ၎င်း၏ power spectral density သည် ကြိမ်နှုန်းနိမ့်အပိုင်းအခြားထက် မြင့်မားသောကြိမ်နှုန်းအပိုင်းအခြားတွင် သိသိသာသာ သေးငယ်ကြောင်း တွေ့မြင်နိုင်ပြီး ကြိမ်နှုန်း 100 ဆ တိုးလာတိုင်း spectral density noise သည် 10 ဆ လျော့ကျသွားသည်။ 1/f ဆူညံသံ၏ power spectral density သည် ကြိမ်နှုန်းနှင့် ပြောင်းပြန်အချိုးကျသည်၊ ဆိုလိုသည်မှာ-

သူတို့ထဲတွင်:

SI(f) : ဆူညံသံ ပါဝါ ရောင်စဉ် သိပ်သည်းဆ

ကျွန်တော်: လက်ရှိ

f: ကြိမ်နှုန်း

1/f ဆူညံသံသည် ကြိမ်နှုန်းနိမ့်အပိုင်းအခြားတွင် အရေးပါပြီး ကြိမ်နှုန်းတိုးလာသည်နှင့်အမျှ အားနည်းသွားသည်။ ဤဝိသေသလက္ခဏာသည် ကြိမ်နှုန်းနိမ့်အသုံးချမှုများတွင် အဓိကအနှောင့်အယှက်ဖြစ်စေသောရင်းမြစ်တစ်ခုဖြစ်စေသည်။ 1/f ဆူညံသံနှင့် wideband ဆူညံသံများသည် photodetector အတွင်းရှိ operational amplifier ၏ voltage ဆူညံသံမှ အဓိကလာခြင်းဖြစ်သည်။ operational amplifier များ၏ power supply ဆူညံသံ၊ current ဆူညံသံနှင့် operational amplifier circuits များ၏ gain တွင် resistance network ၏ thermal ဆူညံသံကဲ့သို့သော photodetector များ၏ ဆူညံသံကို သက်ရောက်မှုရှိသော အခြားဆူညံသံအရင်းအမြစ်များစွာရှိပါသည်။

၃။ လုပ်ငန်းလည်ပတ်မှုချဲ့စက်၏ ဗို့အားနှင့် လျှပ်စီးကြောင်းဆူညံသံ- ဗို့အားနှင့် လျှပ်စီးကြောင်းရောင်စဉ်သိပ်သည်းဆများကို အောက်ပါပုံတွင် ပြသထားသည်။

လည်ပတ်မှုချဲ့စက်ပတ်လမ်းများတွင်၊ လျှပ်စီးကြောင်းဆူညံသံကို in-phase လျှပ်စီးကြောင်းဆူညံသံနှင့် inverting လျှပ်စီးကြောင်းဆူညံသံဟူ၍ ခွဲခြားထားသည်။ in-phase လျှပ်စီးကြောင်းဆူညံသံ i+ သည် အရင်းအမြစ်အတွင်းပိုင်းခုခံမှု Rs မှတစ်ဆင့်စီးဆင်းပြီး equivalent voltage ဆူညံသံ u1= i+*Rs ကိုထုတ်ပေးသည်။ I- Inverting လျှပ်စီးကြောင်းဆူညံသံသည် gain equivalent resistor R မှတစ်ဆင့်စီးဆင်းပြီး equivalent voltage ဆူညံသံ u2= I-* R ကိုထုတ်ပေးသည်။ ထို့ကြောင့် power supply ၏ RS ကြီးမားသောအခါ၊ current ဆူညံသံမှပြောင်းလဲထားသော voltage ဆူညံသံသည်လည်း အလွန်ကြီးမားသည်။ ထို့ကြောင့်၊ ပိုမိုကောင်းမွန်သောဆူညံသံအတွက် အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်၊ power supply ဆူညံသံ (internal resistance အပါအဝင်) သည်လည်း အကောင်းဆုံးဖြစ်အောင်လုပ်ဆောင်ရန် အဓိကဦးတည်ချက်တစ်ခုဖြစ်သည်။ current ဆူညံသံ၏ spectral density သည် frequency ပြောင်းလဲမှုများနှင့်အတူ မပြောင်းလဲပါ။ ထို့ကြောင့်၊ circuit မှ ချဲ့ထွင်ပြီးနောက်၊ ၎င်းသည် photodiode ၏ dark current ကဲ့သို့ပင် photodetector ၏ shot noise ကို ပြည့်စုံစွာဖွဲ့စည်းသည်။

၄။ လုပ်ငန်းလည်ပတ်မှုအသံချဲ့စက်ပတ်လမ်း၏ အမြတ် (ချဲ့ထွင်မှုအချက်) အတွက် ခုခံမှုကွန်ရက်၏ အပူဆူညံသံကို အောက်ပါဖော်မြူလာကို အသုံးပြု၍ တွက်ချက်နိုင်သည်-

သူတို့ထဲတွင်:

k: ဘော့လ်ဇ်မန်း ကိန်းသေ (1.38 × 10-23J/K)

T: ပကတိအပူချိန် (K)

R: Resistance (ohms) thermal noise သည် အပူချိန်နှင့် resistance တန်ဖိုးနှင့် ဆက်စပ်နေပြီး ၎င်း၏ spectrum သည် flat ဖြစ်သည်။ formula မှ gain resistance တန်ဖိုး ကြီးလေ thermal noise ကြီးလေဖြစ်ကြောင်း မြင်နိုင်သည်။ bandwidth ကြီးလေ thermal noise လည်း ကြီးလေဖြစ်သည်။ ထို့ကြောင့် resistance တန်ဖိုးနှင့် bandwidth တန်ဖိုးသည် gain လိုအပ်ချက်များနှင့် bandwidth လိုအပ်ချက် နှစ်ခုလုံးနှင့် ကိုက်ညီကြောင်း သေချာစေရန်နှင့် နောက်ဆုံးတွင် noise နည်းခြင်း သို့မဟုတ် signal-to-noise ratio မြင့်မားခြင်းကိုလည်း လိုအပ်သောကြောင့် gain resistor များ ရွေးချယ်ခြင်းကို system ၏ စံပြ signal-to-noise ratio ကို ရရှိရန် တကယ့် project လိုအပ်ချက်များအပေါ် အခြေခံ၍ ဂရုတစိုက် ထည့်သွင်းစဉ်းစားပြီး အကဲဖြတ်ရန် လိုအပ်ပါသည်။

အနှစ်ချုပ်

ဆူညံသံတိုးတက်မှုနည်းပညာသည် photodetector များနှင့် အီလက်ထရွန်းနစ်ကိရိယာများ၏ စွမ်းဆောင်ရည်ကို မြှင့်တင်ရာတွင် အရေးပါသောအခန်းကဏ္ဍမှ ပါဝင်သည်။ တိကျမှုမြင့်မားခြင်းသည် ဆူညံသံနည်းပါးခြင်းကို ဆိုလိုသည်။ နည်းပညာသည် တိကျမှုပိုမိုမြင့်မားရန် လိုအပ်သည်နှင့်အမျှ photodetector များ၏ ဆူညံသံ၊ signal-to-noise ratio နှင့် ညီမျှသောဆူညံသံပါဝါအတွက် လိုအပ်ချက်များလည်း ပိုမိုမြင့်မားလာပါသည်။