Người nhận là một phần của hệ thống quang học
Các thiết kế hồng ngoại thường được thảo luận dựa trên bộ phát - bước sóng, công suất, góc của nó. Người nhận được chỉ định sau, thường bằng cách khớp với một bước sóng, và chính người nhận quyết định liệu hệ thống có hoạt động trong các điều kiện quang học thực tế hay không: ánh sáng xung quanh, khoảng cách, độ lệch cho phép và tốc độ yêu cầu.
Công ty TNHH Yiyang Infrared Semi-conductor Thành phố Giang Môn (Yiyang Optoelectronics YY) đóng gói các bộ thu photodiode hồng ngoại, diode phát sáng và mô-đun thu tại Giang Môn, Quảng Đông, cung cấp các ứng dụng giám sát y tế, báo động an ninh, nhà thông minh và cảm biến công nghiệp trong hơn 13 năm. Các cuộc thảo luận về thông số kỹ thuật xác định liệu một bộ thu có hoạt động hay không liên quan đến bốn yếu tố, và chúng tương tác với nhau.
1. Phạm vi phản ứng quang phổ: Nó có nhìn thấy bộ phát của bạn không
Phạm vi quang phổ là dải mà qua đó bộ phát hiện chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện. Đối với các photodiode silicon, phạm vi này rộng rãi từ 400–1100nm, nhưng dải sử dụng phụ thuộc vào gói sản phẩm.
| Thông số | Giá trị điển hình | Điều gì được quyết định |
|---|---|---|
| Phạm vi phản ứng quang phổ (phụ thuộc vào gói) | 400–1100nm, hoặc 600–1100nm với bộ lọc đen | Liệu bước sóng của bộ phát có nằm trong dải sử dụng hay không |
| Băng tần của bộ thu cho sử dụng điều khiển từ xa 940nm | 840–1100nm | Bộ lọc epoxy đen chặn ánh sáng nhìn thấy trong khi cho phép tín hiệu 940nm đi qua |
| Bước sóng nhạy cảm nhất | Xấp xỉ 850–950nm | Khu vực hiệu suất chuyển đổi cao nhất cho silicon |
Sự tinh tế là gói sản phẩm thay đổi phạm vi hiệu quả. Một photodiode epoxy trong suốt phản ứng trên toàn bộ dải silicon, bao gồm cả ánh sáng nhìn thấy - điều này trong một ứng dụng điều khiển từ xa hoặc ngắt tia chính là tiếng ồn mà bạn không muốn. Một thân epoxy được lọc đen chặn hầu hết ánh sáng môi trường nhìn thấy và cho phép dải hồng ngoại đi qua, dịch chuyển phạm vi sử dụng xuống khoảng 840–1100nm. Hai bộ phận có cùng chip và epoxy khác nhau do đó là những sản phẩm khác nhau.
Thông số kỹ thuật nên nêu rõ phạm vi đã lọc, không phải phạm vi thô của chip, bất cứ khi nào ứng dụng liên quan đến ánh sáng môi trường. Đối với điều khiển từ xa trong nhà và phát hiện tia an ninh, phần đã lọc gần như luôn là lựa chọn đúng.
2. Độ nhạy: Dòng điện trên mỗi watt ánh sáng
Độ nhạy là dòng điện quang được tạo ra trên mỗi đơn vị công suất quang chiếu, được biểu thị bằng ampe trên watt (A/W). Đây là con số chuyển đổi một thiết kế quang học thành tín hiệu điện.
| Bước sóng | Độ nhạy silicon điển hình | Ý nghĩa |
|---|---|---|
| 660nm | ≈ 0.4 A/W | Đỏ nhìn thấy; được sử dụng trong đo oxy như kênh tham chiếu |
| 850nm | ≈ 0.6 A/W | Hiệu suất cao; phổ biến cho cảm biến và hình ảnh |
| 905nm | ≈ 0.6 A/W | Kênh đo oxy hồng ngoại gần và đo khoảng cách |
| 940nm | ≈ 0.5–0.6 A/W | Vẫn hiệu quả, và vô hình - tiêu chuẩn điều khiển từ xa |
| 1050nm và hơn thế nữa | Giảm mạnh | Tiến gần đến rìa dải silicon; đầu ra thấp, độ nhạy nhiệt cao |
Có ba hệ quả thiết kế theo sau. Độ nhạy phụ thuộc vào bước sóng, vì vậy một bộ thu được chỉ định cho 940nm hoạt động kém hơn đáng kể ở 1050nm mặc dù cả hai đều là "hồng ngoại". Độ nhạy phụ thuộc vào nhiệt độ: nó tăng nhẹ với nhiệt độ đối với silicon trong khi dòng tối tăng nhanh hơn nhiều, vì vậy tỷ lệ tín hiệu trên tiếng ồn thường trở nên tồi tệ hơn mặc dù tín hiệu tuyệt đối không thay đổi. Con số được trích dẫn là giá trị ở nhiệt độ phòng; bất kỳ thiết kế nào phải hoạt động trong khoảng −20 °C đến +85 °C nên xem xét độ nhạy và dòng tối ở cả hai đầu của dải.
3. Dòng tối: Mức độ tiếng ồn
Dòng tối là dòng điện chảy khi không có ánh sáng. Đây là con số quan trọng nhất cho bất kỳ ứng dụng nào đo tín hiệu quang nhỏ.
| Yếu tố | Ảnh hưởng đến dòng tối |
|---|---|
| Nhiệt độ | Xấp xỉ gấp đôi cho mỗi 10 °C tăng - ảnh hưởng chủ yếu |
| Điện áp ngược | Tăng với độ thiên; một photodiode ở 0 V có dòng tối thấp hơn nhiều so với ở 30 V |
| Diện tích chip | Tỷ lệ thuận với diện tích nhạy sáng - sự đánh đổi với tín hiệu |
| Chất lượng vật liệu và quy trình | Quy trình và passivation được kiểm soát tốt làm giảm đáng kể |
Hai điểm thông số thường bị bỏ qua. Điều kiện thiên phải được nêu rõ. Một dòng tối được trích dẫn ở 0 V (chế độ quang điện) và một dòng được trích dẫn ở 5 V ngược (chế độ quang dẫn) có thể khác nhau hàng triệu lần; một con số mà không có độ thiên thì không thể so sánh. Dòng tối thiết lập mức tín hiệu thực tế, không phải trần độ nhạy. Một bộ thu có độ nhạy xuất sắc nhưng dòng tối cao không thể phân giải một tín hiệu nhỏ trong một phép đo tối, điều này chính xác là điều kiện trong đo oxy qua ngón tay hoặc trong một đường quang tối.
Đối với các ứng dụng yêu cầu tiếng ồn thấp nhất - đo oxy xung, cảm biến quang chính xác, phát hiện ánh sáng mức thấp - thông số kỹ thuật đúng là yêu cầu dòng tối cực thấp kết hợp với một độ thiên và nhiệt độ xác định, và nhà cung cấp nên được yêu cầu xác nhận điều kiện thử nghiệm thay vì chỉ giá trị điển hình.
4. Điện áp ngược, điện dung và thời gian phản hồi
Ba yếu tố này xác định tốc độ mà bộ thu có thể hoạt động, và chúng tạo thành một sự đánh đổi duy nhất.
| Thông số | Giá trị điển hình | Sự đánh đổi |
|---|---|---|
| Điện áp ngược Vr (tối đa) | ≥ 30 V cho nhiều bộ thu PD silicon | Thêm độ thiên giảm điện dung và tăng tốc độ phản hồi, nhưng làm tăng dòng tối |
| Điện dung tiếp giáp | Giảm khi độ thiên ngược tăng | Điện dung thấp hơn mang lại phản hồi nhanh hơn và băng thông rộng hơn |
| Thời gian phản hồi (tăng/giảm) | Từ nanosecond đến microsecond tùy thuộc vào diện tích và độ thiên | Phản hồi nhanh hơn thường yêu cầu diện tích hoạt động nhỏ hơn |
| Diện tích nhạy sáng | Diện tích lớn hơn thu thập nhiều ánh sáng hơn | Diện tích lớn hơn làm tăng điện dung và dòng tối, làm chậm phản hồi |
Tóm tắt kỹ thuật là không có photodiode nào tốt hơn một cách phổ quát, chỉ có sự phù hợp tốt hơn. Một thiết bị có diện tích lớn với độ thiên thấp mang lại tín hiệu tối đa và dòng tối thấp nhất nhưng chậm; một thiết bị có diện tích nhỏ với độ thiên cao thì nhanh nhưng thu thập ít ánh sáng hơn và có dòng tối nhiều hơn.
Đối với một máy đo oxy xung, tín hiệu là một thành phần điều chế nhỏ trên một nền lớn, và tần số điều chế là thấp - hàng chục hertz đến vài kilohertz. Ứng dụng đó do đó muốn một diện tích nhạy sáng lớn và dòng tối thấp, và không cần tốc độ nanosecond. Đối với một cảm biến ngắt tia cắt ngang một đường ánh sáng với tần suất lặp lại cao, các ưu tiên đảo ngược. Nêu rõ băng thông yêu cầu bên cạnh mức tín hiệu cho phép nhà cung cấp chọn thiết bị phù hợp thay vì thiết bị nhanh nhất.
5. Gói sản phẩm, Lọc và Lắp đặt
| Gói sản phẩm | Đặc điểm | Sử dụng điển hình |
|---|---|---|
| DIP lọc đen tròn 5mm | Lọc ánh sáng nhìn thấy, chân dài có thể cắt ngắn | Điều khiển từ xa, cảm biến, an ninh, tự động hóa công nghiệp |
| Bộ thu PD DIP vuông | Cửa sổ ánh sáng vuông, chip nhạy sáng lớn, chân mạ vàng | Máy đo oxy xung, thiết bị phát hiện quang |
| Bộ thu PD SMD vuông mini | Thấp, chân mạ vàng, tương thích với hàn lại | Cảm biến SpO₂ dùng một lần, mô-đun vòng tay, máy đo oxy đầu ngón tay mỏng |
| Đầu thu kiểu cầu | Cấu trúc ống kính cầu, lọc đen | Đầu thu cho các thiết bị nhỏ gọn và sản phẩm cảm biến |
Đối với các bộ thu SMD, ba quy tắc quy trình thuộc về thông số kỹ thuật thay vì trong một ghi chú xử lý riêng biệt. Nhiệt độ đỉnh hàn lại thường bị giới hạn ở ≤260 °C với thời gian tiếp xúc nhiệt độ cao trong khoảng 10 giây, vì vượt quá sẽ làm hỏng chip. Đánh dấu cực phải được xác định trên bộ phận - đánh dấu anode và cathode ở mặt sau - vì kết nối ngược là không được phép và một bộ phận bị lắp sai sẽ không hoạt động. Đóng gói chống ẩm là một phần của sản phẩm: các bộ thu SMD được cung cấp trong băng chống ẩm chân không, và việc lắp đặt trong vòng 24 giờ sau khi mở là được khuyến nghị, với việc lưu trữ lâu dài được giữ kín.
Danh sách kiểm tra thông số kỹ thuật bộ thu photodiode
- Phạm vi quang phổ đã lọc được nêu rõ (ví dụ: 840–1100nm), không phải phạm vi thô của chip, nơi có ánh sáng môi trường.
- Độ nhạy được nêu rõ tại bước sóng hệ thống, không phải tại đỉnh, và với điều kiện nhiệt độ của nó.
- Dòng tối được nêu rõ với độ thiên và nhiệt độ - một con số mà không có những điều này thì không thể so sánh.
- Diện tích nhạy sáng được nêu rõ, vì nó ảnh hưởng đến tín hiệu, điện dung và dòng tối cùng nhau.
- Điện áp ngược tối đa được nêu rõ và độ thiên hoạt động dự kiến được đồng ý.
- Thời gian phản hồi hoặc băng thông được nêu rõ so với tần số điều chế mà hệ thống thực sự sử dụng.
- Phạm vi nhiệt độ được nêu rõ cho thiết bị hoàn chỉnh, bao gồm môi trường hoạt động thực tế.
- Gói sản phẩm và lọc được xác định bằng số bộ phận, vì màu epoxy thay đổi sản phẩm.
- Giới hạn quy trình SMD được nêu rõ - nhiệt độ đỉnh hàn lại, đánh dấu cực và đóng gói chống ẩm với khoảng thời gian lắp đặt 24 giờ.
- Xác nhận tuân thủ môi trường - RoHS và không chứa chì với tham chiếu báo cáo, điều này quan trọng đối với các ứng dụng y tế và xuất khẩu.
Các bộ thu hoạt động trong môi trường quang học thực tế
Việc chọn photodiode là một tập hợp các sự đánh đổi có chủ ý giữa tín hiệu, tiếng ồn và tốc độ. Một thông số kỹ thuật chỉ nêu một bước sóng để lại tất cả các sự đánh đổi đó được khám phá trong quá trình thử nghiệm, trong các điều kiện ít thuận lợi nhất cho việc thay đổi thiết kế.
Gửi cho chúng tôi bước sóng bộ phát của bạn, mức tín hiệu mong đợi và băng thông yêu cầu, và chúng tôi sẽ trả lại một thông số kỹ thuật bộ thu với phạm vi đã lọc, độ nhạy, dòng tối tại độ thiên đã đồng ý, diện tích hoạt động và gói sản phẩm được nêu rõ cho từng ứng viên, cùng với mẫu để đo trong thiết lập quang học của riêng bạn.
