光纤陀螺信号放大电路的分析与设计

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1、第17卷增刊2006年6月畿电子·激张JournalofOptoelectronies·Laser光纤陀螺信号放大电路的分析与设计王贵甫(江苏永鼎股份有限公司博士后科研工作站，上海200233，中国)摘要：介绍了光纤陀螺中采用的光电探测器的特点和基本特征性能要求如输出功率、光谱宽带、偏振度等，，从理论和应用的角度较为系统地分析了光纤陀螺探测器放大电路的灵敏度、稳定性及频率响应特征；汁算并设计了相应的探测器信号的放大电路，给出了光纤陀螺信号放大电路的器件选择原则。分析及实验结果表明，本文设计的光纤陀螺信号放大电路带宽可达2MHz以上，噪声小于540肛V，可应用于高精度、宽带信号放

2、大。关键词：光纤陀螺；光电探测器；放大电路；高精度AnalysisandDesignofFiberOpticGyroSignalAmplificationCircuitWangGui—fu(PostdoctoralprogrammeofJiangSuETERNCoAbstract：Characteristicsandperformancerequirementsofaphotoelectronicdetectorusedinafiberopticgyroareintroducedandthesensitivity，stabilityandfrequencyresponseoft

3、hedetectoramplificationcir—cultareanalyzedtheoreticallyalso．Calculationsanddesignforthedetectoramplificationcircuitaremadeandthecriteriaofcomponentsselectionfortheamplificationcircuitofafiberopticgyroareintroduced．Theresultsoftheanalysisandexperimentshowthattheamplificationcircuitbandwidthis

4、above2MHzandthenoiseofthedesignedamplificationcircuitisbelow540／,VThiscircuitcanbeusedinhighprecisionandwidebandamplificationcircuit．Keywords：fiberopticgyro；photoelectronicdetector；amplificationcircuit；highprecisionl引言由于光纤陀螺光路返回的光信号较小，而各种外界因素又引入了众多的噪声，故光纤陀螺中的信号检测应属于微弱信号检测的范畴。光电二极管前置放大器的优化设计可

5、能是光纤陀螺系统设计中最具有挑战性的设计问题之一，特别是在电路需要高的带宽和直接耦合的情况下。2光纤陀螺探测器特性光电二极管是光纤陀螺中普遍使用的光电探测器，它的等效电路图如图1所示。由图可以看出，一个实际的光电二极管可以等效为一个理想的二极管、一个光电流源、分流电阻RSH及结电容cJ的并联。其中，室温下的分流电阻的大小通常在几百KW到100GW的量级，而且会随着温度的升高而降低，大小约为每10。C降低两倍。二极管的电容是结面积和二极管偏压的函数，对于小面积的二极管而言，零偏压时的典型电容值为10～50pF。表1为本文使用的PIN探测器的光电参数。＼-IDEALD10DE图1光

6、电二极管的等效电路表1PIN探测器的光电参数(T。=25。C)参数符号单位最小值典型值最大值测试条件响应波长入110013101650响应度RA／W0．80．85()．9暗电流IdnA13dB带宽BWMHz10010002000结电容CpF0．811．5饱和光功率PMdBm+3增刊王贵甫等：光纤陀螺信号放大电路的分析与设计3光纤陀螺探测器的技术指标要求光纤陀螺通常选用光电二极管作为它的光电探测器，在选用过程中应考虑探测器以下几个方面的指标。(1)结电容。图1中，结电容CJ不仅影响带宽而且会带来噪声，这是因为C，和运放的反馈电阻形成的噪声增益零点(反馈极点)。故选用时应选择结电容

7、(j尽可能小的光电二极管。(2)光电二极管的敏感面积。光电二极管的敏感面积小将减小结电容C，、增大分流电阻尺。，，。这将带来较高的信噪比。如果需要大的敏感面积，最好考虑使用光学增益的(如透镜，反射镜等)方法而不是使用大敏感面的二极管，因为光学增益本质上是无噪声的。故应选择敏感面积尽可能小的光电二极管。(3)光电二极管的分流电阻R剐，。这是因为如果凡。>>RF，那么电路的直流增益(噪声增益)为1V／V。低电阻的二极管会引起噪声、电压失调以及漂移，这些参数将被放大1+R，／R。。。由于二极管的分