Hallo zusammen! Ich bin gerade dabei eine Platine für einen Photodetektor zu entwerfen. Da ich so etwas zuvor noch nie gemacht habe, bin ich über jede Hilfe dankbar :) Der Aufbau existiert bereits auf einer Lochplatine mit verdrahteten Bauteilen, die erreichte -3db-Frequenz ist aber weit von der theoretischen Rechnung entfernt. Durch den Aufbau auf einer Platine erhoffe ich mir, die (vermutlich) limitierenden parasitären Kapazitäten in den Griff zu bekommen und bei gleicher Bandbreite dadurch den Rückkopplungswiderstand des Transimpedanzverstärkers weiter anheben zu können. Mehrmals bin ich über den Begriff "guardring" gestoplert, bietet es sich evtl. an diesen im Layout mit einzubauen? Ein Bild einer frühen Version ist angehängt, bei der ich den Ring analog http://www.elektor.de/news/opamp-femtoampere-eingaengen/ nachgebaut habe. An anderer Stelle habe ich gelesen, dass die Signalleitungen und die unmittelbare Nähe der OpAmps von der Massefläche ausgespart werden sollen. Der Anschluss des guardrings steht dazu im Widerspruch - Oder übersehe ich etwas? Ziel ist das eigene Ätzen der Platine, weswegen ich auf 2 Layer beschränkt bleiben möchte. Freue mich auf euren Input! /Edit: Board und Layout mit hochgeladen... sorry :o
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Ich kenne mich mit diesem Verstärker nicht aus, aber offen gelassene Pins machen mich immer stutzig... (IC1 / Pin 5)
Easylife schrieb: > Ich kenne mich mit diesem Verstärker nicht aus, aber offen gelassene > Pins machen mich immer stutzig... > (IC1 / Pin 5) Hi Easylife! Pin5 beim OPA656 ist als NC aufgeführt :) Ich hänge die Pin-Belegung der beiden Chips noch an! Vielleicht sind Photodetektorschaltungen auch unbeliebt :P Unsicher bin ich mir bei der Platzierung und Anzahl der Vias, um die GND-Flächen zu verbinden. Direkt hinter Bauteile die auf GND liegen habe ich per Via eine Verbindung geschaffen, aber wie viele benötigt man sonst auf der Fläche verteilt? Mehr = automatisch besser? Bei der Platzierung der Rückkopplung habe ich mich an einem Post von Kai Klaas orientiert, Beitrag "Stabilität OPV OPA657" . Es gibt aber sicher noch viele Verbesserungsmöglichkeiten :)
Markus Emm schrieb: > Mehrmals bin ich über den Begriff "guardring" gestoplert Ein Guardring macht Sinn, wenn am Op-Eingang eine Spannung anliegt und man den Guardring auf dieselbe Spannung, aber mit niederohmiger Quelle, anschliessen kann (z.B. vom Ausgang des OpAmps). Wenn der Guardring das gleiche Potential wie der Eingang hat, können keine Kriechströme vom oder zum Eingangspin fliessen. Bei deiner Schaltung liegen die Op Eingänge aber auf GND, also müsste der Guardring auf GND liegen. Da ist aber ja sowieso GND drumherum. Ein sinnvoller Guardring ist in SMD sowieso kaum möglich, da müsste man DIL oder eine TO-Gehäuse verwenden, damit man überhaupt einen Ring um einen Pin legen kann. Bei hochgezüchteten Schaltungen wird daher oft so ein Gehäuse verwendet, das hat nichts mit altmodisch zu tun. Bei einem TO-Gehäuse kann man z.B. den Draht mit dem Eingangspin hochbiegen und in der Luft verbinden, wird z.B. bei pA Anwendungen gemacht. Georg
Markus Emm schrieb: > Pin5 beim OPA656 ist als NC aufgeführt :) Das mag schon sein. Ich rede aber auch von IC1, NE5543, Pin 5 = COMP, den du offen gelassen hast. Und warum sind die Schaltplansymbole (Kondensatoren) eingentlich so seltsam bei dir?
Vielen Dank Georg für die Erklärung! Wäre es in dem Fall dann sinnvoll, die GND-Fläche an der Oberfläche zwischen den invertierenden Eingang und den Versorgungspin zu ziehen oder lieber mit Abstand zum Operationsverstärker analog zur Unterseite zu lassen? Sorry Easylife, das hatte ich falsch verstanden! Laut Datenblatt des NE5534 kann man zwischen Pin5 und Pin8 noch einen Kondensator hängen, der mir wenn ich es richtig verstehe aber die Bandbreite beschränken würde. Deshalb wird an der Stelle keiner eingesetzt. Wieso die Symbole seltsam aussehen kann ich dir jedoch nicht beantworten. Ist meine erste Arbeit mit Eagle :o Verwendet habe ich die Bibliothek resistor / C-EU0805 - Ist das kein Standardteil?
Markus Emm schrieb: > Wäre es in dem Fall dann sinnvoll, > die GND-Fläche an der Oberfläche zwischen den invertierenden Eingang und > den Versorgungspin zu ziehen Da Pin 1 NC ist, ist deine Guardring-Entwurf schon richtig, wenn du den Guardring an GND anschliesst. Die Photodiode hat auf Bottom auch ein Pad, da sollte natürlich auch ein Guardring drum. Da aber in diesem Fall der Guardring GND-Potential hat (sowas bezeichnet man dann üblicherweise als Schirmung, nicht als Guard, aber das sind nur Worte), kommt eine umgebende Massefläche auf dasselbe heraus (nachprüfen!). Das ist einer der Vorteile so eines Transimpedanz-Verstärkers. Böse ist neben einem empfindlichen Eingang eine Leiterbahn oder ein Pad mit anderem Potential, besser ist Kupfer mit gleichem Potential, noch besser ist kein Kupfer und am besten auch keine Leiterplatte, sondern Luft (Rein theoretisch wäre vielleicht trockener Stickstoff oder Vakuum am allerbesten). Da es aber in der Nähe immer Kupferflächen mit anderem Potential gibt, muss zwischen denen und dem Eingang eine Kupferleitung mit dem gleichen Potential liegen; aber da kein Kupfer kriechstrommässig noch besser ist, ist die Empfehlung schon sinnvoll, mit Masse oder Guard möglichst weit weg zu bleiben, das lässt sich halt nur sehr begrenzt machen. Aber was über deinen GND-Guardring hinausgeht ist schon recht akademisch. Georg
Hallo Georg! Wie man vielleicht schon gemerkt hat, komme ich nicht aus der Elektronikecke, aber manchmal muss man eben über den Tellerrand hinausschauen... Kurzum ist es ein nichttriviales Problem? :) Ich werde auf der Oberseite den invertierenden Eingang (aufgrund des Photostromes sollte das die kritische Leitung sein?) des Transimpedanzverstärkers etwas weiter von der Massefläche befreien, in etwa analog zur Unterseite. Betrachte ich die Pads der Diode auf der Unterseite, stehe ich dann vor einem tradeoff. Die GND-Fläche als Guard/Schirm um die Pins schließen und damit der Signalleitung oben mit der Massefläche wieder näher kommen, oder die Pins nur soweit einkreisen wie es ohne die Überlagerung möglich ist. Vielleicht muss ich die Platine einfach einmal aufbauen und messen, ob ich bereits eine Verbesserung erreiche. Das könnte ich am Wochenende erledigen. Wie beurteilst du denn das restliche Layout? - Werden stromführende Leitungen üblicherweise in größerem Abstand außen an der Platine entlang geführt oder sollte ich diese noch weiter nach innen legen? - Vorteile durch weitere Füllung der Fläche auf der Oberseite zwischen den Operationsverstärkern und dem Poti mit Masse? - Ist die Anzahl der Vias der inneren Masseflächen ausreichend? Zur Verbindung mit GND werde ich außen noch eine handvoll setzen und gegen Mittag eine aktualisierte Zeichnung hochladen! Vielen Dank nochmal! :)
Hallo, zum Platzverbrauch sage ich mal nix, wenn man genügend hat ist das ok. Markus Emm schrieb: > - Werden stromführende Leitungen üblicherweise in größerem Abstand außen > an der Platine entlang geführt oder sollte ich diese noch weiter nach > innen legen? kein merklicher Vorteil > - Vorteile durch weitere Füllung der Fläche auf der Oberseite zwischen > den Operationsverstärkern und dem Poti mit Masse? ebenso kein merklicher Vorteil > - Ist die Anzahl der Vias der inneren Masseflächen ausreichend? Zur > Verbindung mit GND werde ich außen noch eine handvoll setzen und gegen > Mittag eine aktualisierte Zeichnung hochladen! Ist ja keine HF-Schaltung. Ich würde noch ein paar am Platinenrand setzen. Grundsätzlich: man kann den Sperrstrom der Diode messen wie du, oder man misst den Kurzschlussstrom, betreibt die Photodiode also mit 0 V, das hat Vorteile beim Dunkelstrom und auch guardmässig, denn dann liegen ja beide Pins auf gleichem Potential. Dazu müsste das andere Beinchen der Diode mit GND verbunden sein, du kannst ja die Schaltung so auslegen dass beides geht und vergleichen. Anbei ein photo head amplifier von mir. R15/R14/R12 vergrössern den Rückkopplungswiderstand, T11 dient zur Verstärkungsumschaltung 1:8. Stromversorgung ist nicht eingezeichnet. Georg
Tschuldigung, Schaltplan hier, zu früh geklickt Georg
So, ich habe noch einige Dinge angepasst. Die GND-Fläche um die Chips und den invertierenden Eingang mit mehr Abstand versehen, wodurch ich hoffentlich die parasitären Kapazitäten etwas verringern kann. Die stromführenden Leitungen sind etwas zusammengezogen und außen einige Vias platziert. Die verbleibende Fläche habe ich mit noch mit GND aufgefüllt, wenn es auch keinen Vorteil hat, so sollte es auch keinen Nachteil haben? Den Betrieb ohne Vorspannung werde ich auch einmal testen! Bereits versucht habe ich den photovoltaischen Betrieb, aber dort war die erreichte Bandbreite durch die große Diodenkapazität der limitierende Faktor. Wie bereits geschrieben, lässt sich das aber evtl. umgehen. Im Vergleich zu einem langsameren OpAmp (LF357) konnte ich den Rückkopplungswiderstand verdreifachen, um auf die gleiche -3db-Frequenz zu kommen. Theoretisch sollte ich aber (GBP des Chips jetzt 230 statt 20MHz) zumindest den Faktor 10 herausholen können. Werde die Schaltung dann so einmal aufbauen und testen, ob ich Vorteile gegenüber der Variante mit verdrahteten Bauteilen sehe :) Wenn ich fragen darf, für welche Bandbreite ist deine Schaltung gedacht? Die 22MOhm lassen mich eine "langsame" Anwendung vermuten?
Markus Emm schrieb: > Wenn ich fragen darf, für welche Bandbreite ist deine Schaltung gedacht? Für garkeine, d.h. Reaktion im ms-Bereich - dient zu Analysezwecken von Flüssigkeiten, es ist also der reine Gleichwert bzw. Mittelwert gefragt. Begrenzend ist nur die Tatsache dass die Lichtquelle ein- und ausgeschaltet wird, um den Dunkel- und Umgebungslichtstrom zu elminieren, aber das geschieht so mit etwa 100 ms. Georg
Verstehe :) Ich möchte Signale mit etwa 100kHZ abtasten und lege deswegen die -3db-Frequenz auf 400-500kHz. Der erste Aufbau ist mittlerweile gelungen, die Tonertransfermethode hat überhaupt nicht funktioniert - Der Toner blieb nur bei einer einseitigen noname-Platine eher schlecht als recht auf der Platine haften, bei der doppelseitigen von Bungard überhaupt nicht. Die Fotomethode brachte für den ersten Versuch ein gutes Ergebnis finde ich, kleine Ausbesserungen waren an der Stelle des Potis notwendig. Die erwartete Verbesserung gegenüber dem Lochplatinenaufbau hielt sich jedoch in Grenzen. Bei gleichem Rückkopplungswiderstand erreiche ich knapp 600kHz als -3db-Frequenz (ursprünglich werkelte als TIA ein LF356 5MHz, dann LF357 20MHz, jetzt OPA656 230Mhz)... theoretisch sollte man zum LF357 ja dann bei Faktor 10 landen.... Scheint also noch nicht so super zu sein vom Design her :)
Markus Emm schrieb: > Den Betrieb ohne Vorspannung werde ich auch einmal testen! Wenn du die Grenzfrequenz von deinem Detektor möglichst hoch haben möchtest, ist eine Vorspannung schon der richtige Weg, um die Sperrschichtkapazität der Diode zu verkleinern. 5V ist da allerding noch sparsam, i.e. da ist noch ein Faktor 2 Luft, wobei OP und Gegenkopplungskram den Effekt natürlich begrenzen. Datenblatt Abbildung "Typical Capacitance versus Bias Voltage" http://www.msc-ge.de/download/Centronic/fotodet/EOSeriesBPX65.pdf Auch wenn das bei deinem Galaxy Note III Übersichtsphoto trotz 12Megapixel Bildern nicht so raus kommt: Die Isolationsbreite zwischen den Leiterbahnen ist recht gering, was natürlich auch Kapaziäten erzeugt. Die könnten ruhig schmäler sein.
Hallo Wolfgang! Vielen Dank für dein Feedback. Der Einfluss der Gegenspannung auf die Diodenkapazität ist mir bewusst, in dem Fall wären das 50pF bei 0V und 16pF bei 5V. Die 5V liegen primär durch die aktuelle Wahl an OpAmps an, getestet wurden auch 15V mit einem THS4601 und dem NE5534 in zweiter Stufe. Von den Leistungsdaten, insbesondere dem voltage und current noise und der Eingangskapazität ist der OPA656 aber schöner meine ich :o Auch mit der Kombi 15V THS4601 NE5534 zeigt sich jedoch ein ähnliches Problem - die theoretisch berechnete -3db-Frequenz bei einem fixen Rückkopplungswiderstand wird bei weitem nicht erreicht. Was die Isolationsbreite anbelangt - Kannst du dazu weiter ins Detail gehen? So wie ich dich verstehe, muss ich den Abstand erhöhen. Angefangen bei den kritischen Leitungen? Die Verbindung Diode / negativer Eingang des OpAmps ist ja bereits von der GND-Fläche befreit. Macht es Sinn, die Versorungsleitung zum OpAmp sowie der Fotodiode schmaler auszuführen? Bzw. dort auch mehr Freiraum zur GND-Fläche zu lassen? Die GND-Verbindung des OpAmps und den beiden Kondensatoren kann ich auch zu einer Leiterbahn minimieren? Oder sollte ich auf die GND-Flächen sogar verzichten und stattdesssen einzelne Leiterbahnen ziehen? /Edit: Bevor ich es vergesse: BPX65 ist im Plan nur eingetragen, weil meine Diode nicht in Eagle vorhandne ist. Dabei handelt es sich um eine PS1.0-2 von FirstSensor.
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Markus Emm schrieb: > existiert bereits auf einer Lochplatine mit verdrahteten > Bauteilen, die erreichte -3db-Frequenz ist aber weit von der > theoretischen Rechnung entfernt. Das liegt vielleicht am NE5543, ein Audio-Verstärker mit miesen Drift und schlechter CMRR, der von deiner +5V/-5V glatt 3V frisst, also nicht mehr als +2V/-2V liefert. Und davor ein 0.5GHz Verstärker den du nur mit einem 1pF bändigen willst, obwohl schon der Hersteller zeigt, daß man besser RCR baut (und anpasst auf die realen Kapazitäten der Platine, 1pF ist nämlich schnell erreicht). Ob ein OPA656, der 2pA Bias-Strom hat, unbedingt einen guard-Ring braucht, sei auch dahingestellt. Zumindest der NE5534 macht das wieder zunichte, nimm was besseres, einen Pail-To-Rail OpAmp.
Hallo MaWin! Sehr interessant :) Auf die zweite Stufe habe ich bis jetzt weniger das Augenmerk gesetzt... Bis jetzt ging ich davon aus, da dort eine Verstärkung von knapp 20 vorliegt, mit dem 10MHz-Chip noch keine Probleme zu bekommen. Das "Auffressen" des Ausgangsbereiches zu beseitigen klingt sehr gut! Ein Rail-to-Rail OpAmp ist mir auch erst dank nachlesen ein Begriff. Ich werde einmal Datenblätter wälzen und einen passenden heraussuchen, hoffentlich mit ähnlichen Werten was das Rauschverhalten anbelangt. Oder gibt es an der Stelle eine "Standardempfehlung"? Denkst du, 1 pF ist zu gering gewählt? Der Wert sollte doch so niedrig wie möglich sein - Also nur so groß, dass kein Überschwingen mehr auftritt. Im Testaufbau läuft der OPA656 mit geringem Überschwinger stabil, obwohl ich keinen Kondensator an die vorgesehene Stelle eingelötet habe - und trotzdem ist die Bandbreite "schon so klein". Eine Erhöhung des Kondensators würde diese ja noch weiter verkleinern? Ich habe aus dem Datenblatt des OPA656 ein Bild angehängt - Meinst du das mit RCR-Schaltung? Den Aufbau teste ich auch gerne einmal :) Abgesehen von der größeren Kapazität, die der zweite Widerstand mit sich bringt - Was ist denn der Vorteil dieser Beschaltung? :)
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