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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(dǎo) 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(shí)時(shí)觀測探測器上的光強(qiáng)信號(hào),，繼而方便系統(tǒng)對光調(diào)試,；交流耦合輸出可以讓用戶解調(diào)微弱的交流小信號(hào),，一定程度上避免過高的直流光信號(hào)將探測器飽和,。探測器與熱電冷卻器（TEC）相連接， TEC 采用一個(gè)熱敏電阻反饋電路對探測器元件的溫度控制在-30℃甚至更低溫度,，從而將熱噪聲和背景輻射對輸出信號(hào)的影響小化,。為有效地減少電磁噪聲對檢測輸出信號(hào)的影響， 探測器外殼采用了鋁合金屏蔽殼體制作，同時(shí)起到散熱的作用,。
2. 性能
• 半導(dǎo)體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(nèi)部一體化集成低噪聲前置運(yùn)放+TEC控制單元,；
• TEC熱電冷卻穩(wěn)定 -80℃ 至-30℃ ,，極大地降低了熱噪聲；
3. 優(yōu)勢
- 前放+制冷控制一體化,，噪聲能進(jìn)一步降低,，使用也更為便捷
- 性價(jià)比高于同款進(jìn)口產(chǎn)品，波長覆蓋也更寬
- 海爾欣針對紅外探測應(yīng)用自主研發(fā),，更適合系統(tǒng)集成,，更及時(shí)專業(yè)的售后服務(wù)
4. 探測器噪聲測試
- 測試原理
待測噪聲A，頻譜分析儀基底噪聲為B,，噪聲A 接入頻譜分析儀后,，測得噪聲為頻譜分析儀總噪聲C（探測器放大后噪聲A和頻譜分析儀基底噪聲B）。它們之間關(guān)系如下：
A2+B2=C2
圖.1 HPPD-M-B探測器噪聲測試系統(tǒng)
由于HPPD-M-B探測器感光單元噪聲Ain信號(hào)較小,，需要對噪聲信號(hào)Ain進(jìn)行放大處理,，圖.1 中間框HPPD-M-B專指探測器前置放大電路，實(shí)際探測器芯片已集成到HPPD-M-B探測器產(chǎn)品中,。
其中Ain為歸一化到探測器輸入端的電流噪聲密度（單位為pA/√Hz）,為我們的待求結(jié)果,，A0為Ain經(jīng)探測器HPPD-M-B放大N倍后的信號(hào)，Rout為探測器的輸出阻抗（Ω）,，A為頻譜分析儀輸入端信號(hào),，Rin為頻譜分析儀的輸入阻抗（Ω），B為頻譜儀基底噪聲（與測量系統(tǒng)基底噪聲相同）,，C為頻譜分析儀的頻率掃描結(jié)果,。可以得到系統(tǒng)中存在如下關(guān)系：
A0=Ain*N
A=A0*Rin/(Rin+Rout)
A2+B2=C2
注：
轉(zhuǎn)噪聲密度：噪聲密度（nV/√Hz）= RMS volts/√RBW故通過頻率分析儀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,。
- 測試系統(tǒng)參數(shù)說明：
放大倍數(shù)N = 15000V/A，探測器輸出阻抗Rout =16Ω,，頻譜分析儀輸入阻抗Rin = 50Ω
頻率掃描范圍0-100 kHz,，分辨率帶寬RBW = 10Hz
- 測試過程：
1.短路頻譜分析儀的信號(hào)輸入端口，為頻譜儀噪聲基底的頻率掃描結(jié)果得到系統(tǒng)基底噪聲B1,；
2.按圖1連接測試系統(tǒng),，將配套SMA轉(zhuǎn)BNC同軸線纜一端連接到探測器的SMA輸出端口，另一端連接到頻譜分析儀（型號(hào)N9320B）的信號(hào)輸入端口,；得到未供電時(shí)的測試系統(tǒng)頻率掃描結(jié)果,，為測試系統(tǒng)的噪聲基底B,可以發(fā)現(xiàn)測試系統(tǒng)的噪聲基底B與頻譜儀輸入端短路時(shí)噪聲B1相同，如下圖2中的曲線V1（該曲線為系統(tǒng)的基底噪聲B）。
3.系統(tǒng)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(dòng)電源開關(guān)上電,，此時(shí)風(fēng)扇將正常工作,，探測器開始溫度調(diào)節(jié)，熱機(jī)約10分鐘后,，溫控指示燈亮,，溫度穩(wěn)定于預(yù)設(shè)值。此時(shí),，可得到供電狀態(tài)下,，測試系統(tǒng)的頻率掃描結(jié)果，如下圖2中的曲線V2（該曲線為系統(tǒng)的總噪聲C）,。
注意：測試過程中,，探測器感光單元一直為遮光狀態(tài)。
圖2.頻率掃描結(jié)果（0-100kHz）
- 計(jì)算結(jié)果
讀圖：100kHz時(shí),，頻譜儀基底B =-120dBm,，掃頻結(jié)果C = -117dBm，兩者RMS均為10Hz,。
功率dBm轉(zhuǎn)DBM.shtml-120dBm對應(yīng)RMS volts為223.607nV,；-117dBm對應(yīng)RMS volts為315.853nV。
根據(jù)RBM volts轉(zhuǎn)噪聲密度公式：噪聲密度（nV/√Hz）= RMS volts/√RBW計(jì)算噪聲密度B 為70.71nV/√Hz ,，噪聲密度C 為99.88nV/√Hz,。
根據(jù)計(jì)算公式：A2+B2=C2可以等到A=70.54nV/√Hz
根據(jù)計(jì)算公式 ：A=A0*Rin/(Rin+Rout)；Rin=50?,、Rout=16? 可以得到A0=93.11nV/√Hz ,。
通過公式：A0=Ain*N其中N為放大倍數(shù)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(hào)：96610,，芯片電流噪聲 4.7 pA/√Hz5V測試結(jié)果表明,，歸一化到探測器輸入端的電流噪聲密度Ain為6.2pA/√Hz，則海爾欣的前置低噪聲運(yùn)放的噪聲系數(shù)僅為2.4dB,。計(jì)算方法為：信噪比：信號(hào)功率/噪聲功率（下述計(jì)算提到的功率都以歸一化噪聲電流同比表示）噪聲系數(shù)NF = 輸入端信噪比/輸出端信噪比 噪聲系數(shù)可由下列式表示：
Si為輸入信號(hào)功率,，即為光電流信號(hào)；Ni 為輸入噪聲功率,，即為芯片電流噪聲 4.7 pA/√HzS0為輸出端信號(hào)功率,，即為S0=Si*NN0為輸出噪聲功率，即為Ain*N通過上計(jì)算可以得到噪聲系數(shù)NF=Ain/Ni根據(jù)上面計(jì)算結(jié)果可知Ain=6.2 pA/√Hz,，Ni=4.7 pA/√Hz則噪聲系數(shù)NF=1.32,，根據(jù)噪聲系數(shù)轉(zhuǎn)換噪聲dB公式：dB=20lgNF=2.4可以得到噪聲系數(shù)為2.4 dB.
- 附2.與進(jìn)口探測器比較
圖.3 VIGO探測器與HPPD-M-B噪聲比較
V3為HPPD-M-B ,適配器供電(放大15000倍)
V2為某進(jìn)口探測器,，本底比HPPD-M-B低是因其放大倍數(shù)較低的緣故,。
結(jié)論,，綜合來看，海爾欣的HPPD-M-B型中紅外探測器噪聲與進(jìn)口探測器處于同一水平,，從功能上來講沒有太大差別,。再結(jié)合其運(yùn)放與TEC制冷高度集成的設(shè)計(jì)，HPPD-M-B型探測器極大地方便了用戶的使用和系統(tǒng)集成,，是一款小巧,、出色的制冷型單像素紅外探測器。