[发明专利]一种基于锁相放大器的光电探测组件电源抑制比测试系统

说明书

本发明公开了一种基于锁相放大器的光电探测组件电源抑制比测试系统，用于实现对光电探测组件的电源抑制比参数的测量。该测试系统由三部分组成，分别为噪声注入加法电路、光电探测组件(PIN‑FET组件)(待测器件)以及相关检测电路构成。其中，噪声注入加法电路用于在光电探测组件的直流供电端注入交流噪声，光电探测组件为待测量的器件，相关检测电路位于锁相放大器内部，用于检测并解调出光电探测组件信号输出端与注入噪声同频的信号幅值大小。

技术领域

本发明涉及一种基于微弱信号检测的电源抑制比测试系统，电源噪声经过光电探测组件后到达输出端上的同频噪声十分微弱，故使用锁相放大器检测。因此，该测试装置更特别地说，是指一种基于锁相放大器的光电探测组件电源抑制比测试系统。

背景技术

光纤陀螺是一种基于Sagnac效应的角速度测量器件，广泛应用于惯性测量领域。目前国内光纤陀螺使用的光电探测器组件为PIN-FET组件，用于对干涉光信号进行光电转换。该组件主要由两部分组成，一部分是半导体PIN光电二极管，另一部分是FET前置放大器电路(以低噪声GaAs FET为输入级)。

PIN-FET组件的工作原理图如图1所示，其工作原理为：给光电二极管施加反向偏压，当光电二极管受到光照，且光能量大于或等于光电二极管材料的带隙能量时，光子释放能量，电子受激发而产生光生载流子，在PN结电场的作用下，最后形成流过光电二极管的电流。场效应晶体管(FET)和三极管组成跨阻抗放大电路，将光电二极管产生的微弱电流信号放大，并实现电流到电压的转换，最后输出电压信号。

FET前置放大电路具有高输入阻抗，能够与PIN二极管形成较好的匹配，有利于减小外部干扰和杂散电容，降低热噪声。光纤陀螺用光电探测组件中光电二极管与FET前置放大器采用跨阻抗连接，具有灵敏度高、信噪比高、带宽高等特点。PIN-FET组件FET前置放大电路第一级为场效应管放大电路。第一级选择场效应管的原因是输入阻抗高，同时场效应管选择低噪声的InGaAs场效应管可以降低光电探测组件的噪声电平。第二级为共基极放大电路，第一级和第二级构成的共源-共基结构能够提供足够的放大器带宽。第三级为射随电路，输出级采用射极跟随器能够提高电路的带负载能力。跨阻抗一端与第三级射随电路的NPN三极管的射极相连，另一端与场效应管的栅极相连，构成电压并联负反馈线路。输出端位于最后一级NPN三极管的射极处，输出端串联一定阻值的电阻，以消除振铃以及振荡。

光纤陀螺检测电路为复杂的数模混合电路，其数字电路和模拟电路使用同一套电源，因此电源噪声对器件的输出会产生较大的影响。随着光纤陀螺向轻小型和组件电路一体化方向发展，其检测电路中的电源完整性问题更加突出。光电探测组件是光纤陀螺中的光电转换部分，作为电信号传递的第一级器件，其输出是检测电路部分的信号来源，是影响FOG检测信噪比的关键因素，也是决定FOG随机游走系数指标的重要环节。研究光电探测组件电源处噪声对其输出信号的影响对后续研究光纤陀螺微弱信号检测抗干扰问题具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：研究光电探测组件器件本身对电源噪声的抑制能力，设计一种基于锁相放大器的光电探测组件电源抑制比测试系统，用于测量光电探测组件的交流电源抑制比，为减小电路中的电源噪声、优化电路结构提供参数指导。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种基于锁相放大器的光电探测组件电源抑制比测试系统，用于测量供电端产生的电源噪声通过光电探测组件后反映在光电探测组件输出信号中的噪声大小。光电探测组件的电源抑制比表征了光电探测组件器件本身对电源噪声的抑制能力。

所述基于锁相放大器的光电探测组件电源抑制比测试系统分为两部分，分别是噪声注入加法电路和光电探测组件输出信号相关检测电路。其中噪声注入加法电路使用功率运算放大器搭建交流电压与直流电压相叠加的加法电路；光电探测组件输出信号相关检测电路是由信号发生器、光电探测组件和锁相放大器组成的相关检测电路。