【正文】 insin gx nn ? (36) 式中， s1為兩隔離窗 的間 距。由于 P 區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)大于 N 區(qū)， 這樣導(dǎo)致 P 區(qū)的電導(dǎo)率 也會(huì) 遠(yuǎn)大于 N 區(qū)，因此， P 區(qū)的空穴 將會(huì) 由 M 點(diǎn)迅速擴(kuò)散到整個(gè) P 區(qū)， 可以將整個(gè) P 區(qū)看成 等電位。 假如 負(fù)載 RL 相對(duì)于 R1 和 R2 的大小來說 可以忽略，則有： 21II = xL xLRR ???12 (41) 第四章 基于 8051 單片機(jī)的 PSD 信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 在上 式中， L 為 PSD 中 心與 信號(hào)電極的距離， x 為入射光點(diǎn) 與 PSD 中 心 的距離。 PSD 器件的光譜響應(yīng)一般 為 300— 1100nm 之間 ， 而其 峰值響應(yīng)波長 大約 在900nm 左右。但當(dāng)入射光強(qiáng)增大時(shí)，信號(hào)電極的輸出光電流也 會(huì)隨之 增大，進(jìn)而器件的位置分辨率 會(huì)有所提高 。 （ 4）環(huán)境溫度 對(duì) PSD 的 影響 溫度 的變大導(dǎo)致器件 暗電流的增大，暗電流的存在 導(dǎo)致 誤差和噪聲 的產(chǎn)生 ，而且 不利于 背景光 的 產(chǎn)生。因?yàn)榍爸?濾波 器 對(duì) 增益 和信噪比都有嚴(yán)格 要求，所以 我們選擇低噪聲的前置 濾波 器 。 此處 選用 OP07 運(yùn)放，其開環(huán)單位增益帶寬 1? =，差模輸入阻抗?? mZi 50 ，又 ?? kRd 50 ， pFCd 1200? ， di RZ ?? 。3V，則 A0 的取值 為 300 左右 。 背景干擾及暗電流消除 消除背景干擾和暗電流可以考慮從光路 、 電路兩個(gè)方面 來處理 。 同時(shí) 雙極性輸入階 使 失調(diào)電壓和寬帶 寬 度 比較低 ， LF198 的失調(diào) 得以通過片外的某個(gè)引腳來進(jìn)行調(diào)節(jié) 。此時(shí) 的 衰減率為 sV / 4?? ， 捕獲誤差在 % 范圍內(nèi)，捕獲時(shí)間為 300181。 第四章 基于 8051 單片機(jī)的 PSD 信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22 當(dāng) 閉合 按鍵 S1 時(shí)， 電容 通過 1R C 網(wǎng)絡(luò)充電，充電 的 時(shí)間常數(shù)sCR ?? 47011 ?? 。但是 Q 值太高，濾波器的性能 就 不穩(wěn)定。如 上 圖 417， 為 電路中的兩個(gè)電容大都 取 30pf 左右，而晶體振蕩器的振蕩頻率范圍是 。 其引腳如圖 414 所示 ： 1Vcc10REFIN9ANGND12BPLRof1310Vspn1420Vspn8REFout7+Vs11VslsbDB016DB117DB218DB319DB420DB521DB622DB723DB824DB925DB1026STATUS28CE6A0/SC4CS3msb1127R/C512/82AD574 圖 414 AD574 引腳圖 AD574 共有 6 個(gè)控制引腳： CS 、 CE 片選信號(hào) 和 片啟動(dòng) 信號(hào) 。 Vcc： 接 +12V/+15V。轉(zhuǎn)換完成 后重新 回到低電平。 第四章 基于 8051 單片機(jī)的 PSD 信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 28 P101P112P123P134P145P156P167P178RST9P32/INT012P30/RXD10P31/TXD11P33/INT113P34/T014P35/T115P36/WR16P37/RD17XTAL118XTAL219Vss20Vcc40P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732EA/Vp31ALE/PROG30PSEN29P2728P2627P2526P2425P2324P2223P2122P20218051（（（ 圖 415 8051引腳圖 AD574A 與單片機(jī)的 接口電路 8051 單片機(jī)與 AD574 A 的 接 口 電 路 圖 見 附 錄 二 ， 其內(nèi)含有三態(tài)鎖存器 74LS373 和 74LS00 與非門電路，邏輯控制信號(hào)（ CS 、 CR/ 、 A0）由 8051 單片機(jī) 的數(shù)據(jù)口 P0 發(fā)出，并由 三態(tài)鎖存器 74LS373 鎖 存 到輸出段的 0 和 Q1 上， 以此來 控制 AD574A 的工作過程。當(dāng) 8051 單片機(jī) 的 查詢到 STS 端轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)后，先將轉(zhuǎn)換后的 12 位 A/D 數(shù)據(jù)的高 8 位讀進(jìn) 單片機(jī)內(nèi) ，然后再將低 4 位讀進(jìn) 單片機(jī) 。 表 42 AD574 控制信號(hào)真值表 CE CS R／ C l 2／ 8 A0 操作 0 ? ? ? ? 無操作 ? 1 ? ? ? 無操作 1 0 0 ? 0 初始化為 12 位轉(zhuǎn)換器 1 0 0 ? 1 初始化為 8 位轉(zhuǎn)換器 1 0 1 接 +5V ? 允許 12 位并行輸出 1 0 1 接地 0 允許高 8 位輸出 1 0 1 接地 1 允許低 4 位 +4 位尾 0輸出 MCS8051 單片機(jī) MCS8051 為 40 條引腳雙列直插封裝。 REFIN、 EFOUT：參考輸入、輸出。 l2/8 ：數(shù)據(jù) 輸出 格式選擇信號(hào)引腳。 第四章 基于 8051 單片機(jī)的 PSD 信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25 Port1Port2T1220V18VD51Bridge1234C5147μFC524700μFC53C54Vin12+12V 3GNDU9MC781212V31Vin2GNDU10MC7912C55C56D52D53D545VD555VC571000μFC581000μF100R51100R52C59470μFC510470μFC511C512GND+12V 12V+5V5V 圖 413 系統(tǒng)電源電路 AD574 芯片及其接口 智能儀器處理的電路大 都 是 模擬 量，而智能儀器的微處理器能接收處理的是數(shù)字量，因此被測(cè)量的模擬量須 由 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 。由 ZHf 500 ? 和運(yùn)算放大器輸入阻抗的限制選定電阻 、 電容 。 V C C14N13M12H11L10F9E8GND7D6C5K4I3B2A1GND+ 5 V+ 5 VR1100R210K+S1+ 5 V 圖 410 外觸發(fā)電路 陷波電路 由于 工作環(huán)境 的惡劣 ， 在電路中， 發(fā)動(dòng)這樣的強(qiáng)干擾源 將 會(huì) 產(chǎn)生工頻干擾，其值約為 50Hz。當(dāng)保持電容為 ， 結(jié)溫度 為 25176。 LF198 型 采樣保持器如圖49 所示。 電路 方面： 在幾個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，它 可以 看成是直流電平，因此可 提前 檢出當(dāng) 信號(hào)光源熄滅時(shí) ， 背景干擾 和 暗電流的大小， 之后 點(diǎn)亮信號(hào)光源， 此時(shí)再 將檢測(cè)到的輸出信號(hào)減去背景干擾部分。 AD538 結(jié)構(gòu)獨(dú)特、工藝精良。 （ 2） 主放大電路 前置放大器對(duì) PSD 的輸出電流信號(hào)進(jìn)行 I/V 變換，送入主放大器的為電壓信號(hào)， 由于 PSD 內(nèi)阻的限制， RF 不 允許 太大，主放大器的主要 功能 是將信號(hào)放大到我們 所需 的幅度。前置 濾波 電路如 下 圖 45 所示。 圖 43 S3932 光譜響應(yīng)范圍特性曲線 表 41 S3932 型 PSD 的主要性能參數(shù) 光敏面 112mm2 光譜響應(yīng)范圍 320~1100nm 響應(yīng)度 (? =920nm) 上升時(shí)間 s? (VR=5V， RL=1K) 結(jié)電容 80pF(VR=5V， f=10kHZ) 暗電流 ~20nA(VR=5V) 極間電阻 30~80 ?K (Vb=) 工作溫度 10~60℃ 存儲(chǔ)溫度 20~80℃ 分辨率 m? 位置測(cè)量誤差 177。另 外選擇光源時(shí)，應(yīng) 挑選 與 PSD 光譜響應(yīng)良好匹配的光源，以 方 便 充分 全面的利用光能。 因?yàn)?P 區(qū)結(jié)面上電阻率 并不是不變的，這時(shí)影響 PSD 非線性的主要因素 。 因此 將 I0 = I1 + I2 與式（ 41）聯(lián)立得： RLGNDRLGNDR1 R2入射光點(diǎn)12xI1 I2PINL3 (a) RLRLGNDGNDR1 R21 2CjRshVDjI03ext R1 R2RLRLGNDGNDI031 2 (b) (c) 圖 41 PSD 的結(jié)構(gòu)及等效電路 (a)截面電路 (b)等效電路 (c)簡化的等效電路 LxLII 201 ?? （ 42） LxLII 202 ?? （ 43） 第四章 基于 8051 單片機(jī)的 PSD 信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 可以看出， 當(dāng)入射光點(diǎn) 不變 動(dòng) 位置 時(shí)， PSD 的單 獨(dú)一 個(gè)電極輸出 的光 電流與入射光強(qiáng)成正比。 實(shí)用一維 PSD 為 PIN 三層結(jié)構(gòu)，如圖 41（ a）。 PSD 可分為一維 PSD 和二維 PSD。 如圖 32所示。 （ 4） 半導(dǎo)體激光器 半導(dǎo)體激光器具有單色性好，方向性好，體積小，工作電源電壓 約為，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。鈉燈的光源質(zhì)量好，所以 用鈉燈作為光源后 測(cè)出來的 數(shù)據(jù) 并不需要去修正，但 其設(shè)備 體積大， 且需要限制電流 ，啟動(dòng)電壓也比較高。則： 22 RS Rd ??? ? （ 3） 系統(tǒng)測(cè)量范圍 系統(tǒng)中采用了濱松公司的 S3932 型，考慮到邊緣誤差， 有效敏感區(qū) 實(shí)際約 ， 其 可測(cè)量折射率 ~。 本系統(tǒng)采用雙隔離窗透射法，利用光 在 液體濃度變化 時(shí) 引起折射率變化的原理，對(duì)濃度測(cè)量，通過引入高精度的位置敏感器件 PSD 作為接受傳感器，同時(shí)采用外圍設(shè)備豐富的 8051 系列 單片機(jī)作為核心處理芯片，從而簡化了檢測(cè)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，使得安裝調(diào)試更為簡便，同時(shí)減少了許多誤差來源，保證了測(cè)量值的較高精度。 化學(xué)分析法，雖可以做到較高的檢測(cè)精度，但它需要 消耗 許多昂貴的化學(xué)試劑，又需要較長的分析周期， 因此 成本高。 1930 年， 肖特基 將 銅 一氧化碳 金屬半導(dǎo)體結(jié)的 一氧化碳 表面邊緣的 金 電極通過 電流 表短接于 銅 層，發(fā)現(xiàn)當(dāng)用一束光照射 一氧化碳 表面時(shí)，外電流隨光入射位置與電極之間