位置敏感探测器的信号噪声自适应抑制方法

摘要 针对位置敏感探测器噪声来源及特点，提出了一种基于自适应FIR维纳滤波器的自适应抑制方法。该方法以维纳滤波器为数字滤波器，自适应地调整传输特性，提高PSD的信噪比，从而大幅提高了PSD应用系统的测量精度。
关键词 位置敏感探测器；噪声；自适应抑制

位置敏感探测器(Digital Singnal Processor，PSD)是一种基于横向光电效应、用于对入射光斑位置的连续变化进行测量的探测器，具有较高的灵敏度和宽的光谱响应范围，瞬态响应性能好、结构紧凑，PSD在精密尺寸测量、对接，震动测量、转角测量甚至三维形貌测量、机器人传感等领域都有广泛的应用。PSD虽然具有良好的性能，但对光源、环境温度、外部测量电路等均具有较高的要求，只有在一定的使用条件下，才能充分发挥其性能。针对PSD的这种要求，文中在分析了PSD的工作原理和结构后，详细说明了PSD的主要噪声来源，提出了基于位置敏感探测器的信号噪声自适应抑制方法。

1 PSD的结构和工作原理
PSD可分为一维PSD和二维PSD，通常采用PIN的3层结构，P层是光敏面，在光敏面的边缘位置设置信号引出电极，N层与反偏电极形成欧姆接触。当非均匀光照射到光敏面上时，将在入射点和引出电极之间产生横向电势。根据电极输出的光电流和电极间距可以计算出入射光能量重心的位置。对于一维PSD，其位置探测原理如图1所示。

当入射光斑照射在PSD表面上离中心x处时，在PSD的输出电极x1，x2上会有相应的光电流Ix1和Ix2输出，该光电流与光斑在PSD表面上的位置x有对应关系。光斑离PSD中心的位置x可由下式计算

式中，Ix1和Ix2为从输出电极上流出的电流；I0=Ix1+Ix2为全光电流；Lx为PSD的有效光敏面长度。

2 PSD的主要噪声来源
2．1 测量电路噪声
电子系统内部噪声是影响PSD位置分辨力的一个重要因素，电路噪声越低，光电流越大，则位置分辨力越高。电路噪声主要包括反馈电阻的热噪声、运放的固有噪声和温度漂移等。在相同的反馈电阻下，电路的热噪声对测量电路总的噪声贡献不可忽视，因此在允许的情况下尽可能地降低电阻值。为减少运放对电路噪声的影响，应采用低噪声运放，AD823，AD704，OP07，OP1177的测量电路均具有较好的综合性能，但由于运放封装数量的原因，可以根据电路的规模进行选择，如对于一维PSD的测量可以选择双封装AD823或四封装的AD704。