3、電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在實(shí)際光電測(cè)試系統(tǒng)中，還應(yīng)對(duì)光電轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行諸如降噪、濾波、去耦等優(yōu)化處理，以實(shí)現(xiàn)較大的信噪比、信號(hào)穩(wěn)定性以及高靈敏度等特點(diǎn)。具體的優(yōu)化措施有以下幾點(diǎn)：

（1）由于運(yùn)算放大器是雙電源器件，通過(guò)合理的選擇偏置電阻使光電轉(zhuǎn)換前置放大電路的輸出電壓達(dá)到合適的幅值（即設(shè)置適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)），以獲得最大的電壓擺幅，避免飽和失真。如圖6電路所示，電壓輸出設(shè)置于-4V左右，避免因強(qiáng)烈的環(huán)境光造成的飽和失真。

該放大電路經(jīng)過(guò)仿真以后從波形中可以觀察到輸出電壓被拉低到-4V左右，實(shí)現(xiàn)了合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的目的;

（2）正負(fù)電壓由運(yùn)算放大器的4、7管腳引入，同時(shí)設(shè)置旁路電容構(gòu)成濾波電路，消除電源紋波的干擾，降低輸入噪聲，提高信號(hào)信噪比;

（3）考慮到不同光電檢測(cè)系統(tǒng)的使用環(huán)境，對(duì)于那些有強(qiáng)環(huán)境光干擾的測(cè)試場(chǎng)所，可以在電路設(shè)計(jì)之初就運(yùn)用雙光電二極管，使其中一個(gè)暴露于測(cè)試環(huán)境中并與前置放大器反接，達(dá)到消除雜散環(huán)境光干擾的作用;

（4）在電路的制板過(guò)程中還會(huì)因?yàn)槠骷帕?、布線、線寬以及制作工藝等諸多因素引入噪聲，對(duì)測(cè)試結(jié)果產(chǎn)生一定的影響;針對(duì)這些因素對(duì)PCB板的設(shè)計(jì)提出以下幾點(diǎn)建議：

a.要求PCB出圖時(shí)光電轉(zhuǎn)換器件與前置運(yùn)放間的信號(hào)線盡可能短;

b.VCC、GND等特殊網(wǎng)絡(luò)的線寬要超過(guò)其他網(wǎng)絡(luò)的線寬，推薦50mil左右;

c.如果電路比較復(fù)雜，還應(yīng)設(shè)計(jì)專門的電源層與接地層;

d.布線時(shí)兩條走線之間應(yīng)保持一定間距，避免產(chǎn)生電容效應(yīng)，且走線以水平方向與豎直方向?yàn)樽罴?

e.敷銅設(shè)計(jì)時(shí)最好將電源與運(yùn)放隔開，不要整板敷銅，避免噪聲干擾;

（5）在電路板的使用過(guò)程中要采取一定的屏蔽措施，如添加金屬外殼（避免空氣中高頻電磁波的干擾），或接地（消除噪聲）等;

基于以上設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)光電轉(zhuǎn)換放大電路并制板，以玩具氣槍模擬真實(shí)彈丸驗(yàn)證該測(cè)試系統(tǒng)，搭建400mm&10m的有效靶面，分別從有效靶區(qū)范圍內(nèi)0、5、10m處在400mm光幕的上、中、下3個(gè)不同光強(qiáng)區(qū)域驗(yàn)證彈丸過(guò)靶信號(hào);噪聲穩(wěn)定保持在100mV左右，而最弱區(qū)域有用信號(hào)達(dá)到2V上下，性能較為穩(wěn)定，信噪比好，能夠滿足測(cè)試需求。