Hey zusammen, ich würde gerne mit einem STM32F4 das Signal einer Photodiode (0-12V) auslesen. Sie wird mit Pulsen im fs Bereich und 1kHz bestrahlt, mich interessiert aber nur die mittlere Pulsenergie. Da das Signal der Diode irgendwo im ns Bereich liegt, kann ich es nicht wie mit einem Oszilloscope abtasten, da der uC zu langsam ist. Kann ich, etwa durch einen Tiefpass, das Signal zeitlich mitteln, und daraus direkt die mittlere Energie (wenn man es vorher irgendwie eicht) messen? Schöne Grüße, Max
Du kannst einen Transimpedanzverstärker nehmen, der einen großen C im Rückkopplungszweig hat. Das integriert das Signal dann automatisch mit einer Zeitkonstante von 1/2piRC
@ Photodoide (Gast) >auslesen. Sie wird mit Pulsen im fs Bereich und 1kHz bestrahlt, mich >interessiert aber nur die mittlere Pulsenergie. Da das Signal der Diode >irgendwo im ns Bereich liegt, kann ich es nicht wie mit einem >Oszilloscope abtasten, da der uC zu langsam ist. Für derartige Messaufgaben braucht es eine recht schnelle, spezielle Schaltung. Deutlich über uC.net Niveau ;-) Wenigstens eine sehr schnelle Sampe&Hold Schaltung + Triggererzeugung. Vielleicht kann man ala Samplingoszilloskop arbeiten und über viele tausend Einzelmessungen das Signal konstruieren.
Gerald schrieb: > Du kannst einen Transimpedanzverstärker nehmen, der einen großen C > im > Rückkopplungszweig hat. Das integriert das Signal dann automatisch mit > einer Zeitkonstante von 1/2piRC Da muss ich mich dann erstmal ein bischen einlesen. Vielen Dank schonmal für den Hinweis! Falk Brunner schrieb: > Für derartige Messaufgaben braucht es eine recht schnelle, spezielle > Schaltung. Deutlich über uC.net Niveau ;-) > Wenigstens eine sehr schnelle Sampe&Hold Schaltung + Triggererzeugung. > Vielleicht kann man ala Samplingoszilloskop arbeiten und über viele > tausend Einzelmessungen das Signal konstruieren. Das ist ja gerade das, was ich nicht brauche ;-) Ich benötige ja nur die mittlere Energie, bzw. den mittleren Strom aus der Diode.
Photodoide schrieb: > Oscilloscope oder Oszilloskop natürlich -.- Am besten "Oszi". Dann weiss jeder, was gemeint ist. Gruss Harald
Photodoide schrieb: > Das ist ja gerade das, was ich nicht brauche ;-) Ich benötige ja nur die > mittlere Energie, bzw. den mittleren Strom aus der Diode. Die Fotodiode ist eine Stromquelle mit einer parallelen Kapazität. Brauchst also nur noch einen externen Widerstand parallelschalten. Die sich ergebende Spannung ist direkt abhängig vom durchschnittlichen Lichteinfall.
Abdul K. schrieb: > Photodoide schrieb: >> Das ist ja gerade das, was ich nicht brauche ;-) Ich benötige ja nur die >> mittlere Energie, bzw. den mittleren Strom aus der Diode. > > Die Fotodiode ist eine Stromquelle mit einer parallelen Kapazität. > Brauchst also nur noch einen externen Widerstand parallelschalten. Die > sich ergebende Spannung ist direkt abhängig vom durchschnittlichen > Lichteinfall. Das wäre natürlich am einfachsten. Allerdings frage ich mich, ob die Kapazität der Diode alleine ausreicht. Ich hätte einfach einen Kondensator parallel geschaltet. Ich werde das so einfach mal aufbauen und ein normales Oszi dranhängen. Wenn es eine glatte Kurve ergibt, die einigermaßen berechenbar mit der Pulsenergie skaliert, dann ist das Problem ja gelöst =)
Abdul K. schrieb: > Die Fotodiode ist eine Stromquelle mit einer parallelen Kapazität. > Brauchst also nur noch einen externen Widerstand parallelschalten. Die > sich ergebende Spannung ist direkt abhängig vom durchschnittlichen > Lichteinfall. Im Prinzip richtig aber das ist nicht das Problem des TE sondern das die Impulse im ns-Bereich liegen. Außerdem hast du den parallelen Widerstand vergessen für das einfachste Modell einer Photodiode ;)
Mal zur Veranschaulichung. Nehmen wir dan, der Femtoseklundenpuls wird durch die Photodiode integriert und in einem 10ns Puls gewandelt. Dann bleibt der aber nicht stehen, denn es ist keine idealer Integrator, sondern nur eine Photodiode die als Tiefpass wirkt. Großer Unterschied! Dieser 10ns Puls mit meinetwegen 1mA wird mit 1kHz wiederholt, das macht im Mittel einen Strom von 10ns/1ms * 1mA = 10nA. Da spielen dann schon langsam Leckströme bzw. Dunkelströme eine Rolle. Vielleicht reicht es und man kann es mit einem sehr guten Multimeter messen, vielleicht braucht man einen TIA als Strom-Spannungswandler.
Michael Köhler schrieb: > Im Prinzip richtig aber das ist nicht das Problem des TE sondern das die > Impulse im ns-Bereich liegen. Naja, ich bin ja nur an der mittleren Energie der Pulse interessiert. Das Problem ist, dass die Pulsenergie im laufe des Tages sinkt, und ich dafür nachreglen muss. Die Energie ändert sich aber kaum im Bereich von Sekunden. Von daher passt das schon zu meinem Problem.
@Falk Ja, das ist dann natürlich schon ein Problem... bei nA sind die Leckströme wahrscheinlich größer als das Signal. Okay, dann komme ich wohl doch nicht drum herum das ganze etwas komplizierter zu machen.
Falk Brunner schrieb: > Dieser 10ns Puls mit meinetwegen 1mA wird mit 1kHz wiederholt, das macht > im Mittel einen Strom von 10ns/1ms * 1mA = 10nA. Da spielen dann schon > langsam Leckströme bzw. Dunkelströme eine Rolle. Deshalb würde ich erst den Strom in eine Spannung wandeln und dann mitteln.
Wir reden hier von Lichtblitzen im ns-Bereich…da wüsste ich aus dem Stehgreif leider nichts. Hab selbst mal einen TI OPA380 benutzt mit 80 MHz GBW für ein µs-Signal. Das ging gut. Für ns ist der aber nichts, dafür ist er zu langsam. Mal bei Farnell und Co die parametrische Suche bemühen ;)
Die innere Bandbreite von Fotodioden ist enorm. Daß aufgrund der Innenkapazität davon nur bis in den 100MHz-Bereich etwas nach außen dringt, ist ja nicht dein Problem! Zumal die Datenblätter dies eh falsch darstellen, da die nicht einen angepaßten Widerstand sondern standard 50 Ohm messen. Dich interessiert aber nur der Durchschnittswert! Das S/N kann eigentlich durch weitere Schaltung nur verschlechtert werden, solange die sich ergebende Spannung prinzipiell hoch genug ist.
Ich würde erstmal das Problem genauer umreißen wollen. Welche Pulsbreite bei welchen Photoströmen wird erzeugt. Das kann und muss man mal mit dem Oszi messen. Dann reden wir weiter. Ein möglicher Ansatz sind mehrere Spitzenwertdetektoren in Reihe. Eine erste, sehr schnelle Stufe, die den Puls von vielleicht 10ns auf 10us verlängert. Dahinter eine Stufe, die von 10us auf 500us verlängert. Das kann man dann deutlich besser messen. Dazu gabs mal ne Application Note irgendwo.
Das ist doch Quatsch, Falk. Alles was er braucht ist ein 0815 Single Supply CMOS Opamp (TS912, TL271) als Transimpedanzverstärker. Jedenfalls ist das, was man bei 2-Photonenlasern macht. Die Leistung wird eh eher hoch sein. mW, gelle?
Davon ausgehend, dass die Photodiode ueber ihre Zeitkonstante integriert, wuerd ich einen gegateten Integrator (Boxcar) oder einen ADC synchron laufen lassen. Ich wuerd eine Photdiode, die vielleicht 10-100Mhz macht verwenden.
Gerald schrieb: > Das ist doch Quatsch, Falk. Alles was er braucht ist ein 0815 Single > Supply CMOS Opamp (TS912, TL271) als Transimpedanzverstärker. Jedenfalls > ist das, was man bei 2-Photonenlasern macht. Die Leistung wird eh eher > hoch sein. mW, gelle? Aha, der TS912 hat ne GBW von 0.8 MHz, da kommt besonders viel Freude auf Impulse mit ns-Breite drüber zu jagen. Wenn man Glück hat wird man Spikes sehen. Ich denke, den Quatsch erzählst hier eher du, nichts für ungut. ;)
Schau dir einmal den IVC102 PRECISION SWITCHED INTEGRATOR TRANSIMPEDANCE AMPLIFIER von Texas Instruments an, vielleicht ist der dafür geeignet.
Fritz schrieb: > Schau dir einmal den IVC102 PRECISION SWITCHED INTEGRATOR > TRANSIMPEDANCE AMPLIFIER von Texas Instruments an, vielleicht ist der > dafür geeignet. Wenn die Impulse nur ns-breit sind bräuchte man einen OP-AMP der mal ne Bandbreite so im GHz-Bereich hat. Der IVC102 hat auch nur ne Bandbreite von 2 MHz, ist auch zu wenig. Ein AD8009 ginge vielleicht. Hat bei nem Gain von 1 eine Bandbreite von 1 GHz und bei einem Gain von 10 immerhin noch 320 MHz ( 2 Vp-p). Käme halt auf die genaue Pulsbreite an.
Michael Köhler schrieb: > Wenn die Impulse nur ns-breit sind bräuchte man einen OP-AMP der mal ne > Bandbreite so im GHz-Bereich hat. Der IVC102 hat auch nur ne Bandbreite > von 2 MHz, ist auch zu wenig. Ich denke mal, dass die Energie von den ns-Impulsen der Fotodiode ja irgendwo hin muß und das geht nur in dem Ladekondensator im IC, wenn das dann auch langsamer am Ausgang ist, danach messen und Ladeko wieder rücksetzen. Aber vielleicht liege ich auch falsch.
Fritz schrieb: > Ich denke mal, dass die Energie von den ns-Impulsen der Fotodiode ja > irgendwo hin muß und das geht nur in dem Ladekondensator im IC Oder wird an den bestehenden Widerständen verheizt ;)
Vielen Dank für die Hinweise schonmal! =) Ich habe mal etwas nachgerechnet. Die Photodiode ist passiv, d.h. eine Art Kondensator, der durch das Licht aufgeladen wird. Sie hat eine junction capacity von etwa 400pF. Wenn ich den Puls so weit abschwäche, dass er den Kondensator maximal bis 5V aufläd, habe ich 2nC Ladung auf der Diode. Die Zeitskala auf der sich der Kondensator über einen externen Widerstand von beispielsweise 10kOhm entläd liegt etwa bei 3us. Wenn ich dann noch einen kleinen Kondensator im einstelligen nF Bereich parallel schalte, müsste ich doch mit einem ADC Wandler mit ca. 1MSps den Stromfluss einigermaßen samplen können. Könnte das so funktionieren, oder rede ich unfug?
@ Photodoide (Gast) >Ich habe mal etwas nachgerechnet. Die Photodiode ist passiv, d.h. eine >Art Kondensator, der durch das Licht aufgeladen wird. So in etwa. >Sie hat eine >junction capacity von etwa 400pF. Das ist ja riesig! Wie groß ist die? 10mm Durchmesser? > Wenn ich den Puls so weit abschwäche, >dass er den Kondensator maximal bis 5V aufläd, habe ich 2nC Ladung auf >der Diode. Viel zuviel. Ausserdem sieht keiner deinen Schaltplan. > Die Zeitskala auf der sich der Kondensator über einen >externen Widerstand von beispielsweise 10kOhm entläd liegt etwa bei 3us. >Wenn ich dann noch einen kleinen Kondensator im einstelligen nF Bereich >parallel schalte, müsste ich doch mit einem ADC Wandler mit ca. 1MSps >den Stromfluss einigermaßen samplen können. Je größer deine Kapazität, umso kleiner das Signal, weil ja die Ladungsmenge konstant ist. >Könnte das so funktionieren, oder rede ich unfug? Ich glaube, du hast noch falsche Vorstellungen von der Messung. Wenn dein FEMTOsekunden Laserpuls eintrifft, kann er bestenfalls die Sperrschichkapazität der Photodiode aufladen. Diesen eher kleine Spannungspuls musst du messen bzw. verstärken.
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