CN108007479A - 一种避免psd信号处理电路输出负压的设计方法 - Google Patents

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孙延博
杨勇
方无迪
赵发刚
张历涛
郭光于
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    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
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Abstract

本发明公开了一种避免PSD信号处理电路输出负压的设计方法，所述PSD信号的前级处理采用I/V转换电路和运算放大电路组合，将PSD器件输出的弱电流信号转换成预定的电压信号，其特征在于，定义PSD的一路输出电流为I1，I/V转换电路中采样电阻为R1、I/V转换电路中运算放大器失调电压为△u1，运算放大电路的放大倍数为K、运算放大电路失调电压为△u2，则对应信号处理电路输出电压U1为：U1＝(‑I1*R1+△u1)*K+△u2，通过选择参数K、△u1和△u2，使得U1＝(‑I1*R1+△u1)*K+△u2>0，即能避免PSD信号处理电路输出负压。本发明可达到从设计源头避免PSD信号处理电路输出负压的目的。

Description

一种避免PSD信号处理电路输出负压的设计方法
技术领域
本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种避免PSD信号处理电路输出负压的设计方法。
背景技术
PSD(位置敏感元器件)作为成熟的光电敏感器件，已被广泛的应用到测试测量等各领域。PSD信号的前级处理一般采用样I/V转换电路和运算放大电路组合，将PSD器件输出的弱电流信号转换成预定的电压信号，供进一步采集和处理。由于I/V转换电路和运算放大电路中使用的运算放大器芯片固有的失调电压，可能会出现PSD信号处理电路输出负电压的情况，容易对后级采集设备造成损坏，或者需要采集设备具备负压输入能力。目前，消除PSD信号处理电路输出负压可以通过增加处理电路或者增强环境光强的方法，增加处理电路的方法不仅增加了研发成本，同时增加了电路的复杂性，降低了可靠性；增强环境光强的方法，则会增加电路的应用限制。为此，研究一种从源头避免PSD信号处理电路输出负压的设计方法就非常有意义。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供从设计源头避免PSD信号处理电路输出负压的设计方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下的设计方法：定义PSD的一路输出电流分别定义为I1，I/V转换电路中采样电阻为R1、运算放大器失调电压为△u1，运算放大电路的放大倍数为K、运算放大器失调电压为△u2，则对应信号处理电路输出电压U1为：
U1＝(-I1*R1+△u1)*K+△u2
在背景光强为零的情况下，电流I1＝0，信号处理电路输出电压U1＝△u1*K+△u2，由于K为负数，
当△u1<0且△u2>0时，U1＝△u1*K+△u2>0；
当△u1<0且△u2<0，|△u2|<△u1*K时，U1＝△u1*K+△u2>0；
当△u1>0且△u2>0，|△u1*K|<△u2时，U1＝△u1*K+△u2>0；
合理选择参数K、△u1和△u2，保证U1＝△u1*K+△u2>0，即可保证背景光强为零的情况下避免PSD信号处理电路输出负压。
当背景光强不为零时，输出光电流I1>0时，有(-I1*R1)*K>0；
U1＝(-I1*R1+△u1)*K+△u2＝(△u1*K+△u2)+(-I1*R1)*K>0；
即可保证背景光强不为零的情况下避免PSD信号处理电路输出负压。
从而实现从设计源头避免PSD信号处理电路输出负压的目的。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征目的和优点将会变得更明显。
图1为本发明PSD信号处理电路原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
PSD信号的前级处理一般采用样I/V转换电路和运算放大电路组合，将PSD器件输出的弱电流信号转换成预定的电压信号，供进一步采集和处理。由于I/V转换电路和运算放大电路中使用的运算放大器芯片固有的失调电压，参数设计不当，可能会出现PSD信号处理电路输出负电压的情况，容易对后级采集设备造成损坏，或者需要采集设备具备负压输入能力。
以图1为例，定义PSD的一路输出电流分别定义为I1，I/V转换电路中采样电阻为R1、运算放大器失调电压为△u1，运算放大电路的放大倍数为K、运算放大器失调电压为△u2，则对应信号处理电路输出电压U1为：
U1＝(-I1*R1+△u1)*K+△u2
在背景光强为零的情况下，电流I1＝0，信号处理电路输出电压U1＝△u1*K+△u2，由于K为负数，
当△u1<0且△u2>0时，U1＝△u1*K+△u2>0；
当△u1<0且△u2<0，|△u2|<△u1*K时，U1＝△u1*K+△u2>0；
当△u1>0且△u2>0，|△u1*K|<△u2时，U1＝△u1*K+△u2>0；
合理选择参数K、△u1和△u2，保证U1＝△u1*K+△u2>0，即可保证背景光强为零的情况下避免PSD信号处理电路输出负压。
当背景光强不为零时，输出光电流I1>0时，有(-I1*R1)*K>0；
U1＝(-I1*R1+△u1)*K+△u2＝(△u1*K+△u2)+(-I1*R1)*K>0；
即可保证背景光强不为零的情况下避免PSD信号处理电路输出负压。
从而实现从设计源头避免PSD信号处理电路输出负压的目的。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (3)

1.一种避免PSD信号处理电路输出负压的设计方法，所述PSD信号的前级处理采用I/V转换电路和运算放大电路组合，将PSD器件输出的弱电流信号转换成预定的电压信号，其特征在于，定义PSD的一路输出电流为I1，I/V转换电路中采样电阻为R1、I/V转换电路中运算放大器失调电压为△u1，运算放大电路的放大倍数为K、运算放大电路失调电压为△u2，则对应信号处理电路输出电压U1为：
U1＝(-I1*R1+△u1)*K+△u2，
通过选择参数K、△u1和△u2，使得U1＝(-I1*R1+△u1)*K+△u2>0，即能避免PSD信号处理电路输出负压。
2.根据权利要求1所述的避免PSD信号处理电路输出负压的设计方法，其特征在于，
在背景光强为零的情况下，电流I1＝0，信号处理电路输出电压U1＝△u1*K+△u2，由于K为负数，
当△u1<0且△u2>0时，U1＝△u1*K+△u2>0；
当△u1<0且△u2<0，|△u2|<△u1*K时，U1＝△u1*K+△u2>0；
当△u1>0且△u2>0，|△u1*K|<△u2时，U1＝△u1*K+△u2>0；
从而保证背景光强为零的情况下避免PSD信号处理电路输出负压。
3.根据权利要求1所述的避免PSD信号处理电路输出负压的设计方法，其特征在于，
当背景光强不为零时，输出光电流I1>0时，有(-I1*R1)*K>0；
U1＝(-I1*R1+△u1)*K+△u2＝(△u1*K+△u2)+(-I1*R1)*K>0；
即可保证背景光强不为零的情况下避免PSD信号处理电路输出负压。
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