3、電路的優化設計

在實際光電測試系統中，還應對光電轉換電路進行諸如降噪、濾波、去耦等優化處理，以實現較大的信噪比、信號穩定性以及高靈敏度等特點。具體的優化措施有以下幾點：

（1）由于運算放大器是雙電源器件，通過合理的選擇偏置電阻使光電轉換前置放大電路的輸出電壓達到合適的幅值（即設置適當的靜態工作點），以獲得最大的電壓擺幅，避免飽和失真。如圖6電路所示，電壓輸出設置于-4V左右，避免因強烈的環境光造成的飽和失真。

該放大電路經過仿真以后從波形中可以觀察到輸出電壓被拉低到-4V左右，實現了合理設置靜態工作點的目的;

（2）正負電壓由運算放大器的4、7管腳引入，同時設置旁路電容構成濾波電路，消除電源紋波的干擾，降低輸入噪聲，提高信號信噪比;

（3）考慮到不同光電檢測系統的使用環境，對于那些有強環境光干擾的測試場所，可以在電路設計之初就運用雙光電二極管，使其中一個暴露于測試環境中并與前置放大器反接，達到消除雜散環境光干擾的作用;

（4）在電路的制板過程中還會因為器件排列、布線、線寬以及制作工藝等諸多因素引入噪聲，對測試結果產生一定的影響;針對這些因素對PCB板的設計提出以下幾點建議：

a.要求PCB出圖時光電轉換器件與前置運放間的信號線盡可能短;

b.VCC、GND等特殊網絡的線寬要超過其他網絡的線寬，推薦50mil左右;

c.如果電路比較復雜，還應設計專門的電源層與接地層;

d.布線時兩條走線之間應保持一定間距，避免產生電容效應，且走線以水平方向與豎直方向為最佳;

e.敷銅設計時最好將電源與運放隔開，不要整板敷銅，避免噪聲干擾;

（5）在電路板的使用過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;

基于以上設計原則，設計光電轉換放大電路并制板，以玩具氣槍模擬真實彈丸驗證該測試系統，搭建400mm&10m的有效靶面，分別從有效靶區范圍內0、5、10m處在400mm光幕的上、中、下3個不同光強區域驗證彈丸過靶信號;噪聲穩定保持在100mV左右，而最弱區域有用信號達到2V上下，性能較為穩定，信噪比好，能夠滿足測試需求。