激光陀螺光电检测电路的低噪声设计

作者：66WEN收集整理　来源：www.66wen.com　更新时间：2007年04月11日

激光陀螺光电检测电路的低噪声设计　刘正岐　(陇东学院　计算机科学系,　甘肃　庆阳745000)

摘　要：以低噪声电路理论为依据，设计了激光陀螺光电检测电路，并详细讨论了电路中元器件的筛选方法。

关键词：激光陀螺；光电检测；信噪比；噪声模型

A　Low-noise　Design　of　Photoelectric　DetectionCircuit　for　Laser　Gyro　LIU　Zheng-qi　(Department　of　Computer　Science,　Longdong　University　,　Qingyang745000,China)

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Based　on　the　theory　of　low-noise　circuit,　this　paper　presents　a　design　of　photoelectric　detection　circuit　for　laser　Gyro,　along　with　the　method　for　choosing　its　components.

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　Laser　gyro;　Photoelectric　detection;　Signal　to　noise　ratio;　Noise　model

激光陀螺是利用环行激光谐振腔中顺、逆时针方向传播的激光频差来反映它相对惯性空间转动的一种导航器件。检测电路作为激光陀螺的重要组成部分，其主要任务是把从谐振腔中输出的微弱陀螺光信号（光电流为纳安级）进行光电转换、放大、整形、计数等，输出与陀螺转速成正比的脉冲信号，从而确定它相对于惯性空间的转速。通常利用光电二极管作为激光探测器件对信号进行光电转换、放大。由于陀螺信号很微弱，加之背景噪声和电路热噪声等，严重影响了光电信号的检测。从接收信号中消除或减弱干扰噪声，以获得最小非线性失真信号，提高信号检测的灵敏度就成为十分重要的问题。

本文从实用电路低噪声设计的要求出发，利用低噪声场效应管与集成运算放大器组成复合式电流电压转换器电路，有效地解决了探测器与负载的噪声匹配问题。实验证明：该电路具有较高的灵敏度，可以满足激光陀螺的实用要求。　　一、共源极场效应管输入级工作特性分析

1.　连接方式选择

用场效应管作为输入级，一般有共源极和共漏极两种连接方式。理论分析可知，共源极接法可获得较大的电压放大倍数；共漏极接法的栅漏极结电容Cgd影响较小，没有密勒效应；两者在中频区的噪声特性大体相同，而在高频区噪声特性共源极远好于共漏极［1］。根据级联放大器的噪声公式［2］：

式中F为n级放大器总的噪声系数;

Enj为第j级放大器总的输入噪声电压;

KVj为第j　级放大器的电压增益。

为了尽可能减小后级（从第二级开始）噪声对前级的影响，应尽可能增大第一级的电压增益KV1,所以从前置放大器要求最大限度减小噪声出发，以共源极接法为好。这时尽管由于密勒效应使栅漏极Cgd等效到输入端的电容大约为几个皮法，相对于光电二极管的十几或几十皮法的Cgd来说影响是不大的。　2共源极场效应管等效输入噪声估算

描述场效应管噪声特性的模型如图1所示，这是共源极组态，图中栅极漏电流通过栅源PN结产

电流，k′为由器件决定的常数，a为0.5~2之间的常数，C为2/3~2　之间的常数，由器件本身的性质决定，gm为场效应管工作点的低频跨导。　

下面计算场效应管En-In模型中的2个噪声参数En、In。根据文献［3］所述的En和In的测量方法，令图1中输入短路Rs，仅推算En对输入短路噪

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另一方面，由于输入短路，根据图1有

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