1. 概述

MCT 中紅外探測(cè)器是一種熱電冷卻光電導(dǎo) HgCdTe(碲鎘汞，MCT)探測(cè)器， 這種材料對(duì) 2 到 12um 的中紅外光譜波段光波敏感。海爾欣的中紅外探測(cè)器可采用直流或交流耦合輸出，直流耦合方便用戶實(shí)時(shí)觀測(cè)探測(cè)器上的光強(qiáng)信號(hào)，繼而方便系統(tǒng)對(duì)光調(diào)試；交流耦合輸出可以讓用戶解調(diào)微弱的交流小信號(hào)，一定程度上避免過高的直流光信號(hào)將探測(cè)器飽和。探測(cè)器與熱電冷卻器（TEC）相連接， TEC 采用一個(gè)熱敏電阻反饋電路對(duì)探測(cè)器元件的溫度控制在-30℃甚至更低溫度，從而將熱噪聲和背景輻射對(duì)輸出信號(hào)的影響小化。為有效地減少電磁噪聲對(duì)檢測(cè)輸出信號(hào)的影響， 探測(cè)器外殼采用了鋁合金屏蔽殼體制作，同時(shí)起到散熱的作用。

2. 性能

•  半導(dǎo)體冷卻型碲鎘汞紅外光電探測(cè)器；
• 對(duì)2~12 um的中紅外光譜波段光波敏感；
• 內(nèi)部一體化集成低噪聲前置運(yùn)放+TEC控制單元；
• TEC熱電冷卻穩(wěn)定 -80℃ 至-30℃ ，極大地降低了熱噪聲；

3. 優(yōu)勢(shì)

• 前放+制冷控制一體化，噪聲能進(jìn)一步降低，使用也更為便捷
• 性價(jià)比高于同款進(jìn)口產(chǎn)品，波長(zhǎng)覆蓋也更寬
• 海爾欣針對(duì)紅外探測(cè)應(yīng)用自主研發(fā)，更適合系統(tǒng)集成，更及時(shí)專業(yè)的售后服務(wù)

4. 探測(cè)器噪聲測(cè)試

• 測(cè)試原理

待測(cè)噪聲A，頻譜分析儀基底噪聲為B，噪聲A 接入頻譜分析儀后，測(cè)得噪聲為頻譜分析儀總噪聲C（探測(cè)器放大后噪聲A和頻譜分析儀基底噪聲B）。它們之間關(guān)系如下：

A²+B²=C²

           圖.1   HPPD-M-B探測(cè)器噪聲測(cè)試系統(tǒng)

    由于HPPD-M-B探測(cè)器感光單元噪聲Ain信號(hào)較小，需要對(duì)噪聲信號(hào)Ain進(jìn)行放大處理，圖.1 中間框HPPD-M-B專指探測(cè)器前置放大電路，實(shí)際探測(cè)器芯片已集成到HPPD-M-B探測(cè)器產(chǎn)品中。   

其中Ain為歸一化到探測(cè)器輸入端的電流噪聲密度（單位為pA/√Hz）,為我們的待求結(jié)果，A₀為Ain經(jīng)探測(cè)器HPPD-M-B放大N倍后的信號(hào)，Rout為探測(cè)器的輸出阻抗（Ω），A為頻譜分析儀輸入端信號(hào)，Rin為頻譜分析儀的輸入阻抗（Ω），B為頻譜儀基底噪聲（與測(cè)量系統(tǒng)基底噪聲相同），C為頻譜分析儀的頻率掃描結(jié)果。可以得到系統(tǒng)中存在如下關(guān)系：

 A0=Ain*N

A=A0*Rin/(Rin+Rout)

 A2+B2=C2

注：

轉(zhuǎn)噪聲密度：噪聲密度（nV/√Hz）= RMS volts/√RBW故通過頻率分析儀測(cè)試探測(cè)器輸出端噪聲，便可容易的推算出歸一化到探測(cè)器輸入端的電流噪聲密度。

• 測(cè)試系統(tǒng)參數(shù)說明：

放大倍數(shù)N = 15000V/A，探測(cè)器輸出阻抗Rout =16Ω，頻譜分析儀輸入阻抗Rin = 50Ω

頻率掃描范圍0-100 kHz，分辨率帶寬RBW = 10Hz

• 測(cè)試過程：

1.短路頻譜分析儀的信號(hào)輸入端口，為頻譜儀噪聲基底的頻率掃描結(jié)果得到系統(tǒng)基底噪聲B₁；

2.按圖1連接測(cè)試系統(tǒng)，將配套SMA轉(zhuǎn)BNC同軸線纜一端連接到探測(cè)器的SMA輸出端口，另一端連接到頻譜分析儀（型號(hào)N9320B）的信號(hào)輸入端口；得到未供電時(shí)的測(cè)試系統(tǒng)頻率掃描結(jié)果，為測(cè)試系統(tǒng)的噪聲基底B,可以發(fā)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的噪聲基底B與頻譜儀輸入端短路時(shí)噪聲B₁相同，如下圖2中的曲線V1（該曲線為系統(tǒng)的基底噪聲B）。

3.系統(tǒng)供電，將配套+5V電源適配器一端插入探測(cè)器電源供電口，另一端插入市電插座，撥動(dòng)電源開關(guān)上電，此時(shí)風(fēng)扇將正常工作，探測(cè)器開始溫度調(diào)節(jié)，熱機(jī)約10分鐘后，溫控指示燈亮，溫度穩(wěn)定于預(yù)設(shè)值。此時(shí)，可得到供電狀態(tài)下，測(cè)試系統(tǒng)的頻率掃描結(jié)果，如下圖2中的曲線V2（該曲線為系統(tǒng)的總噪聲C）。

注意：測(cè)試過程中，探測(cè)器感光單元一直為遮光狀態(tài)。

圖2.頻率掃描結(jié)果（0-100kHz）

• 計(jì)算結(jié)果

讀圖：100kHz時(shí)，頻譜儀基底B =-120dBm，掃頻結(jié)果C = -117dBm，兩者RMS均為10Hz。

功率dBm轉(zhuǎn)DBM.shtml-120dBm對(duì)應(yīng)RMS volts為223.607nV；-117dBm對(duì)應(yīng)RMS volts為315.853nV。

根據(jù)RBM volts轉(zhuǎn)噪聲密度公式：噪聲密度（nV/√Hz）= RMS volts/√RBW計(jì)算噪聲密度B 為70.71nV/√Hz ，噪聲密度C 為99.88nV/√Hz。

根據(jù)計(jì)算公式：A2+B2=C2可以等到A=70.54nV/√Hz

根據(jù)計(jì)算公式 ：A=A0*Rin/(Rin+Rout)；Rin=50?、Rout=16? 可以得到A0=93.11nV/√Hz 。

通過公式：A0=Ain*N其中N為放大倍數(shù)15000V/A 可以得到Ain=6.2pA/√Hz。

附1.探測(cè)器芯片的電流噪聲密度

HPPD-M-B編號(hào)：96610，芯片電流噪聲 4.7 pA/√Hz5V測(cè)試結(jié)果表明，歸一化到探測(cè)器輸入端的電流噪聲密度Ain為6.2pA/√Hz，則海爾欣的前置低噪聲運(yùn)放的噪聲系數(shù)僅為2.4dB。計(jì)算方法為：信噪比：信號(hào)功率/噪聲功率（下述計(jì)算提到的功率都以歸一化噪聲電流同比表示）噪聲系數(shù)NF = 輸入端信噪比/輸出端信噪比 噪聲系數(shù)可由下列式表示：

Si為輸入信號(hào)功率，即為光電流信號(hào)；Ni 為輸入噪聲功率，即為芯片電流噪聲 4.7 pA/√HzS0為輸出端信號(hào)功率，即為S0=Si*NN0為輸出噪聲功率，即為Ain*N通過上計(jì)算可以得到噪聲系數(shù)NF=Ain/Ni根據(jù)上面計(jì)算結(jié)果可知Ain=6.2 pA/√Hz，Ni=4.7 pA/√Hz則噪聲系數(shù)NF=1.32，根據(jù)噪聲系數(shù)轉(zhuǎn)換噪聲dB公式：dB=20lgNF=2.4可以得到噪聲系數(shù)為2.4 dB.

• 附2.與進(jìn)口探測(cè)器比較

             圖.3  VIGO探測(cè)器與HPPD-M-B噪聲比較

V3為HPPD-M-B ,適配器供電(放大15000倍)

V2為某進(jìn)口探測(cè)器，本底比HPPD-M-B低是因其放大倍數(shù)較低的緣故。

結(jié)論，綜合來看，海爾欣的HPPD-M-B型中紅外探測(cè)器噪聲與進(jìn)口探測(cè)器處于同一水平，從功能上來講沒有太大差別。再結(jié)合其運(yùn)放與TEC制冷高度集成的設(shè)計(jì)，HPPD-M-B型探測(cè)器極大地方便了用戶的使用和系統(tǒng)集成，是一款小巧、出色的制冷型單像素紅外探測(cè)器。