對數放大器在弱光檢測中的應用

因光電轉換電路的增益很高，雖然采用精密放大電路，并使用RF和CF限制信號頻帶，但幾乎對所有的輸入光信號，其輸出噪聲都非常高。圖2(a)為P=0．7nW時(shí)光電轉換電路的輸出波形，可以看出，噪聲與信號在同一個(gè)數量級，噪聲與信號峰值比接近l，如果以這樣的輸出直接進(jìn)行A／D轉換，將使數據的準確性大打折扣，雖然可以通過(guò)單片機程序中的濾噪子程序來(lái)降低數據的出錯概率，但軟件模擬功能具有一定的局限性，可能無(wú)法得到準確的數據輸出。圖2(b)是通過(guò)前置放大電路處理后的輸出信號，其波形較光滑，噪信峰值比降低至O．02以下，幾乎不用軟件濾噪可以將A／D轉換的數據直接進(jìn)行后續處理。由此可見(jiàn)，LOGl00作為前置放大電路在放大有用信號的同時(shí)，也有效抑制了噪聲，其具體測量數據與理論計算結果差距較小，完全可滿(mǎn)足設計要求。圖3所示為輸入光功率在1．4 nW時(shí)理論值(虛線(xiàn))與測量值(實(shí)線(xiàn))相差不到0．1 V。

圖4為不同入射光功率P下前置放大電路的輸出VOUT波形，從圖4可以看出，輸入光信號的強度幾百pW的微弱改變時(shí)，LOGl00的輸出信號幅度有幾百mV的明顯變化，這使得在A(yíng)／D轉換時(shí)可最大限度地采集不同光源強度的數據。然而LOGl00也有其不足之處。由圖4可見(jiàn)，隨著(zhù)輸入光強度的減弱，輸出信號中噪聲逐漸增強，當噪聲與信號相比增大到一定程度后，可能會(huì )使A／D轉換電路輸出錯誤，這時(shí)必須采用軟件進(jìn)行濾噪處理。因此LOGl00一般用在檢測弱光信號電路中，在微弱光信號檢測中，LOGl00的輸出信噪比較小，還需精密濾波電路輔助，這不但增加了電路的復雜性，也使其輸出數據的準確度大大降低，從而不能進(jìn)行實(shí)際應用。
要解決這個(gè)問(wèn)題，可考慮使用精度更高的LOGl01和LOGl04作為前置放大電路，與LOGl00相比，它們具有更寬的動(dòng)態(tài)輸入范圍100 pA～3．5 mA，精確度可達0．01％FSO。LOGl01和LOGl04采用恒定增益，在電路中使用靈活性方面不如LOGl00。在內部沒(méi)有集成激光校準電阻，但直流偏移電壓低，且能在很寬的溫度范圍(-5～75℃)內精確輸出，因此更適合使用于微弱光信號檢測電路中。

3 結論
討論了LOGl00在弱光檢測應用中的噪聲濾除性能，實(shí)測結果表明LOGl00有較強的噪聲抑制能力，在弱光檢測中可作為前置放大電路。但當輸入信號逐漸減弱時(shí)，噪聲抑制能力也較弱，不適宜使用在微弱光信號檢測中。