Hi, ich möchte ein Photodioden-Frontend bauen, um damit das Ausgangssignal eines Michelson-Interferometers aufzuzeichnen. Das Signal im Interferometer ist extrem schwach (sagen wir mal 1..10 pW optisch), mit der Bandbreite bin ich dafür relativ flexibel, aber ein paar kHz sollten es schon sein, sagen wir mal 5 kHz Bandbreite. Als Physiker hätte ich die Rauschleistungsdichte natürlich gern möglichst nahe am Shot Noise des Eingangssignals, das liegt in dem Fall so in Richtung 1 fA / sqrt(Hz) rms. Nun benutzt man ja als Photodioden-Frontend meist einen Transimpedanzverstärker. Das erscheint mir aber nach längerer Recherche und Simulation in dem Fall gar nicht zielführend. Die Idee des TIA ist ja, bei gleichem Feedback-Widerstand die Bandbreite zu erhöhen, indem der Swing über die Diodenkapazität reduziert wird. Nur, ich bekomme die Bandbreite die ich brauche sowieso durch Auswahl einer Diode mit sagen wir 2 pF Sperrschichtkapazität, auch bei 2 M Transimpedanz, auch ohne TIA; und in diesem Fall verursacht der TIA nur zusätzliches Rauschen, sogar bei Feedback-Widerständen größer 100 k oft mehr als das Johnson-Rauschen des Widerstands. Denkt ihr diese Überlegung ist richtig, oder habe ich da etwas übersehen? Stattdessen würde ich einfach einen Serienwiderstand und einen Buffer nehmen. Damit kommt man in der Simulation auf Eingangs-Rauschleistungsdichten etwas unter 100 fA / sqrt(Hz) bei 2 M Widerstand. Nun frage ich mich, gibt es hier noch einen Trick, der tatsächlich was verbessert, insbesondere: - kann ich irgendwie einen Transistor mit Rauschtemperatur < 300 K verbauen (gibt es ja genug) und damit die effektive Temperatur des Widerstands senken auch ohne zu kühlen, und wenn ja, wie? - kann ich ein band-selektives Anpassungsnetzwerk bauen, oder einen Transformator benutzen oder so irgendetwas, das nochmal zu einer Verbesserung führt, und ist das realistisch machbar? Ein 4:1 Transformator klingt erstmal clever, aber hat sicher in der Praxis irgendeinen Grund aus dem es schlecht ist ... Vielen Dank und viele Grüße, Sven
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@ Sven B. (scummos) >Interferometer ist extrem schwach (sagen wir mal 1..10 pW optisch), Autsch! >der Bandbreite bin ich dafür relativ flexibel, aber ein paar kHz sollten >es schon sein, sagen wir mal 5 kHz Bandbreite. Bei den Leistungen braucht man verdammt viel Verstärkung, das ist nicht ganz trivial. Da muss man fast über Avalanchephotodioden oder gar echte Photomultiplier nachdenken. >Als Physiker hätte ich die Rauschleistungsdichte natürlich gern >möglichst nahe am Shot Noise des Eingangssignals, das liegt in dem Fall >so in Richtung 1 fA / sqrt(Hz) rms. Prost Mahlzeit! >Nun benutzt man ja als Photodioden-Frontend meist einen >Transimpedanzverstärker. Sicher. > Das erscheint mir aber nach längerer Recherche >und Simulation in dem Fall gar nicht zielführend. Wieso? > Die Idee des TIA ist >ja, bei gleichem Feedback-Widerstand die Bandbreite zu erhöhen, indem >der Swing über die Diodenkapazität reduziert wird. Nicht nur das. Man verbessert auch das SNR. Die herleitung kann ich aber nicht mal fix aufschreiben ;-) > Nur, ich bekomme die >Bandbreite die ich brauche sowieso durch Auswahl einer Diode mit sagen >wir 2 pF Sperrschichtkapazität, auch bei 2 M Transimpedanz, auch ohne >TIA; Wie soll das gehen, wenn du keinen TIA hast? Wie sieht deine Schaltung aus? > und in diesem Fall verursacht der TIA nur zusätzliches Rauschen, >sogar bei Feedback-Widerständen größer 100 k oft mehr als das >Johnson-Rauschen des Widerstands. Hmmm. > Denkt ihr diese Überlegung ist richtig, Nö. > oder habe ich da etwas übersehen? Wahrscheinlich, wenng gleich ich dir nicht sagen kann, was es ist. >Stattdessen würde ich einfach einen Serienwiderstand und einen Buffer >nehmen. Damit kommt man in der Simulation auf > - kann ich ein band-selektives Anpassungsnetzwerk bauen, oder einen >Transformator benutzen oder so irgendetwas, das nochmal zu einer >Verbesserung führt, und ist das realistisch machbar? Ein 4:1 >Transformator klingt erstmal clever, aber hat sicher in der Praxis >irgendeinen Grund aus dem es schlecht ist ... Trafos bei 5kHz? Eher nicht. Pi mal Dauen gilt, daß die erste Verstärkerstufe den meisten Gewinn bringen oder den größten Mist machen kann. Bei so kleinen Eingangsströmen / Leistungen ist wohl das Stromrauschen des OPVs wichtiger als das Spannungsrauschen. Also muss es ein OPV mit FET-Eingangs sein, was bei den kleinen Strömen nur logisch ist. Prinzipiell sollte die erste Stufe so viel Verstärkung wie möglich haben, um das SNR zu maximieren. Und wenn man WIRKLICH bei solchen Leistungen sich an physikalische Grenzen ranwagen will, kann man das Frontend auch aktiv kühlen. Sowas hatten sie bei HP in ihren optischen Powermetern auch drin, da war die Photodiode + TIA + Gedöhns in einem hermetisch dichten Minigehäuse per Peltierelement auf 5°C runtergekühlt (oder waren es -5°C? Lange her) Ich behaupte mal, sowas kann man fertig kaufen, wenn gleich das alles andere als billig ist. Aber ein Selbstbau mit vergleichbaren Spezifikationen wird es auch nicht!
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> Stattdessen würde ich einfach einen Serienwiderstand und einen Buffer
nehmen.
Du glaubst die 99,999% die das mit TIA machen sind alle ahnungslos. Wohl
eher nicht. Mach das mit TIA und 100MOhm bis 1GOhm
"feedback"-Widerstand.
Dazu suchst du die paar wenigen Opamps die da überhaupt in Fage kommen
und machst eine Noise- und Banbreite-Simulation mit LTspiceXVII. Mit
erwartetetn 1 bis 10pW optischer Leistung bekommst du 0,5pA bis 5pA
(maximal das doppelte je nach Wellenlänge) an Strom aus der Photodiode.
Die Photodiode muss dabei mit 0V Spannung betrieben werden damit der
Leckstrom möglichst klein bleibt.
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Hi Falk, danke für deine Antwort. Falk B. schrieb: > Bei den Leistungen braucht man verdammt viel Verstärkung, das ist nicht > ganz trivial. Da muss man fast über Avalanchephotodioden oder gar echte > Photomultiplier nachdenken. PMTs haben halt weniger Quanteneffizienz (20-25%). Die sind erst bei ganz ganz kleinen Leistungen besser als Photodioden. >> Die Idee des TIA ist >>ja, bei gleichem Feedback-Widerstand die Bandbreite zu erhöhen, indem >>der Swing über die Diodenkapazität reduziert wird. > > Nicht nur das. Man verbessert auch das SNR. Die herleitung kann ich aber > nicht mal fix aufschreiben ;-) Hm, das leuchtet mir nicht ein. Herleitung brauche ich nicht, aber zumindest den Grundgedanken warum du denkst dass sich das SNR verbessert oder einen Link. Der TIA verbessert nur die Bandbreite -- und dadurch gegenüber dem einfachen Widerstand effektiv oft das SNR, weil man dadurch eine größere Transimpedanzverstärkung wählen kann. > Wie soll das gehen, wenn du keinen TIA hast? Wie sieht deine Schaltung > aus? Naja, einfach die Photodiode in Reihe mit einem Widerstand. Der Photostrom erzeugt eine Spannung über den Widerstand. Die Spannung ist das Signal, was dann weiterverarbeitet wird. > Trafos bei 5kHz? Eher nicht. Joa, haste Recht. > Pi mal Dauen gilt, daß die erste Verstärkerstufe den meisten Gewinn > bringen oder den größten Mist machen kann. Bei so kleinen > Eingangsströmen / Leistungen ist wohl das Stromrauschen des OPVs > wichtiger als das Spannungsrauschen. Also muss es ein OPV mit > FET-Eingangs sein, was bei den kleinen Strömen nur logisch ist. > Prinzipiell sollte die erste Stufe so viel Verstärkung wie möglich > haben, um das SNR zu maximieren. Evtl. habe ich hier was missverstanden. Aber das Spannungsrauschen (sagen wir, 2 nV/sqrt(Hz)) wird doch auch durch den Gain verstärkt, oder? Und wenn der Gain 2 MOhm ist, ist das halt viel ... > Und wenn man WIRKLICH bei solchen Leistungen sich an physikalische > Grenzen ranwagen will, kann man das Frontend auch aktiv kühlen. Sowas > hatten sie bei HP in ihren optischen Powermetern auch drin, da war die > Photodiode + TIA + Gedöhns in einem hermetisch dichten Minigehäuse per > Peltierelement auf 5°C runtergekühlt (oder waren es -5°C? Lange her) Hmja, aber das sind die letzten paar Prozent. Eine Kühlung von 25° auf -5° verringert die thermische Rauschleistungsdichte um einen Faktor sqrt(290/260) = ~5%, das ist wirklich nicht viel. > Ich behaupte mal, sowas kann man fertig kaufen, wenn gleich das alles > andere als billig ist. Aber ein Selbstbau mit vergleichbaren > Spezifikationen wird es auch nicht! Klar, das' aber langweilig. ;) Und ich wüsste jetzt so erstmal nicht, warum mein Selbstbau prinzipiell schlechter sein muss. Ich habe ziemlich dieselben Möglichkeiten wie $firma, außer halt dem Wissen wie man es am besten macht.
Hmm, ja, eventuell ist mein Problem wirklich dass ich keine FET-Input Opamps genommen habe ... guter Hinweis ...
Noch ein Tipp. Nimm eine Photodiode die groß genug ist um den gesmten Strahl aufzunehmen. Strahldurchmesser? Durchmesser deiner Diode?
Hmja, eine Linse ist eigentlich schlauer, oder? Große aktive Fläche führt zu großer parasitärer Kapazität. Die Linse kostet nichts, außer ein bisschen Geld.
@Sven B. (scummos) >> Nicht nur das. Man verbessert auch das SNR. Die herleitung kann ich aber >> nicht mal fix aufschreiben ;-) >Hm, das leuchtet mir nicht ein. Herleitung brauche ich nicht, aber >zumindest den Grundgedanken warum du denkst dass sich das SNR verbessert >oder einen Link. Ist lange her, muss ich mal suchen. > Der TIA verbessert nur die Bandbreite Nein. Das Modell der Photodiode + TIA ist deutlich komplexer. >Naja, einfach die Photodiode in Reihe mit einem Widerstand. Der >Photostrom erzeugt eine Spannung über den Widerstand. Die Spannung ist >das Signal, was dann weiterverarbeitet wird. Dnn hast du aber keine Transimpedanz sondern einen schlichten Arbeitswiderstand. >Evtl. habe ich hier was missverstanden. Aber das Spannungsrauschen >(sagen wir, 2 nV/sqrt(Hz)) wird doch auch durch den Gain verstärkt, >oder? Und wenn der Gain 2 MOhm ist, ist das halt viel ... Sicher, da muss man ein Optimum aus vielen Randbedingungen finden. >Hmja, aber das sind die letzten paar Prozent. Eine Kühlung von 25° auf >-5° verringert die thermische Rauschleistungsdichte um einen Faktor >sqrt(290/260) = ~5%, das ist wirklich nicht viel. Es ging dabei nicht nur um die Rauschleistungsdichte, auch um den Leckstrom, der sich ca. alle 10°C verdoppelt. >Klar, das' aber langweilig. ;) >Und ich wüsste jetzt so erstmal nicht, warum mein Selbstbau prinzipiell >schlechter sein muss. Bist du schaltungstechnisch sooo fit? Das klingt nicht wirklich danach. > Ich habe ziemlich dieselben Möglichkeiten wie >$firma, außer halt dem Wissen wie man es am besten macht. Ach so, na dann! 8-0 Such mal nach Datenblättern und App-Notes der großen Firmen zum Thema TIA und OPV, dort findest du auch welche mit exzessiven Herleitungen. Auf die Schnelle hab ich nur das im Anhang gefunden.
Muss die Bandbreite bei DC beginnen? Wie genau brauchst Du den Wert? Selbst bei 1 GOhm geben 0.5 pA erst 500 uV. Damit das nicht nicht in den schaltungsinternen Offsets untergeht, muss Du Dich gewaltig anstrengen. Und mit deinen 2 MOhm und den Buffer bist Du erst bei 1 uV. Welcher Buffer soll das stabil verstaerken?
Bei so wenig Licht verwendet man sinnvollerweise einen Lock-in Versterker hinter dem Transimpedanz. Den Phil Hobbs gibt es auch als Buch. Falls man an abgehobenen photoempfaengern interessiert ist.
Bei 5 kHz geforderter Bandbreite heisst das > 10 kHz Chopperfrequenz...
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@Falk, das PDF kenne ich natürlich und hab ich auch gelesen (sogar die ausführliche Version aus dem Buch des Autors, da steht mehr drin als in diesem Zusammenfassungs-Artikel) ;) Was heißt schaltungstechnisch fit -- ich habe dieselben Fertigungsmöglichkeiten, angemessene Messtechnik und dieselben Bauteile zur Verfügung. Ich habe ein bisschen Erfahrung mit Elektronik und versuche mich ja gerade (u.A. in diesem Thread) zu informieren, wie komplex die Aufgabe genau ist. Vielleicht ist es zu schwierig für mich, aber meist heißt das ja hauptsächlich, dass es halt lange dauert und mehrere Versuche braucht. Und: die Fertig-Produkte sind in diesem Messtechnik-Bereich auch nicht immer die beste Wahl. Oft passen sie nicht genau zur Anwendung, sind fast immer schlecht dokumentiert, und auch nicht immer perfekt designt. @Uwe > Muss die Bandbreite bei DC beginnen? Nein, ich brauche kein DC. > Wie genau brauchst Du den Wert? Nicht sehr, es geht nur darum, dass das Signal nicht im Rauschen untergeht. Das Signal selbst ist ja auch noch rauschbehaftet. +3dB SNR sind schon super, ich kann auch mit < 0 dB leben. > Selbst bei 1 GOhm geben 0.5 pA erst 500 uV. Damit das nicht nicht in den > schaltungsinternen Offsets untergeht, muss Du Dich gewaltig anstrengen. Ich möchte ja nicht notwendigerweise stationär zwischen 1pW und dunkel unterscheiden. Das Signal ist dynamisch (sagen wir, 1 kHz) und ein bisschen Drift oder so ist nicht so schlimm. Alles kleiner 100 Hz ist mir egal. @Troll > Bei so wenig Licht verwendet man sinnvollerweise einen Lock-in > Versterker hinter dem Transimpedanz. Naja, das geht nur, wenn das Signal sehr schmalbandig ist. Ist es aber a priori nicht in diesem Fall. > Den Phil Hobbs gibt es auch als Buch. Falls man an abgehobenen > photoempfaengern interessiert ist. Ja danke, hab ich schon gefunden ;) Das mit dem FET-Input Opamps war tatsächlich der Trick; zumindest im Simulator kann man sich sowas wie im Anhang bauen, aus einem FET-Buffer und dann einem Low-Noise-Opamp. Das hat dann sehr wenig Rauschen (~15 fA/sqrt(Hz) mit 100 M Feedback). Die Frage ist, ob man das irgendwie realistisch aufbauen kann. Hmm.
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Schau mal in die Elektronik 5/1999 s.101 in der Art haben wir das schon mal gemacht.
Hallo, > Sven B. schrieb: > ich möchte ein Photodioden-Frontend bauen, um damit das Ausgangssignal > eines Michelson-Interferometers aufzuzeichnen. Das Signal im > Interferometer ist extrem schwach (sagen wir mal 1..10 pW optisch), Warum ist das so? Solch Aufbau arbeitet doch üblicherweise mit Lasern. Ich sehe da keinen Grund, dass am Empfänger so wenig Licht ankommt, dass man sich bei der Verstärkung am Rande des physikalsch machbaren bewegen müßte. > mit > der Bandbreite bin ich dafür relativ flexibel, aber ein paar kHz sollten > es schon sein, sagen wir mal 5 kHz Bandbreite. Und wo ist die unteres Grenzfrequenz? Für so ein Verstärkerkonzept ist es schon sehr wesentlich, ob man DC verstärken muß oder AC. > Als Physiker hätte ich die Rauschleistungsdichte natürlich gern > möglichst nahe am Shot Noise des Eingangssignals, das liegt in dem Fall > so in Richtung 1 fA / sqrt(Hz) rms. Wunschträume kann man ja haben. > Nun benutzt man ja als Photodioden-Frontend meist einen > Transimpedanzverstärker. Das erscheint mir aber nach längerer Recherche > und Simulation in dem Fall gar nicht zielführend. > Die Idee des TIA ist > ja, bei gleichem Feedback-Widerstand die Bandbreite zu erhöhen, indem > der Swing über die Diodenkapazität reduziert wird. Da eine Fotodiode in Sperrrichtung üblicherweise als Stromquelle fungiert, macht der Transimpedanzverstärker auch Sinn, weil man damit auf eine Spannung kommt, die man weiter verstärken, filtern und auswerten kann. > Nur, ich bekomme die > Bandbreite die ich brauche sowieso durch Auswahl einer Diode mit sagen > wir 2 pF Sperrschichtkapazität, auch bei 2 M Transimpedanz, auch ohne > TIA; Und dann? Da hast du paar uV über den Widerstand mit Stromrauschen der der Fotodiode und dazu dem Widerstandsrauschen, welche du noch ungefähr 1 Mio mal verstärken mußt, was dann auch noch mind. das Rauschen der Eingangsstufe der ersten Verstärkerstufe voll mitverstärkt. Wie schon geschrieben, ist es bei einem TIA üblich, die Verstärkung so hoch wie möglich auszulegen, weil da Rauschen des Verstärkerns nur mit Wurzel(2) eingeht, aber bei allen nachfolgenden Verstärkungen linear. > und in diesem Fall verursacht der TIA nur zusätzliches Rauschen, Bei jedem Verstärker wird das unvermeidlich sein. > sogar bei Feedback-Widerständen größer 100 k oft mehr als das > Johnson-Rauschen des Widerstands. Denkt ihr diese Überlegung ist > richtig, oder habe ich da etwas übersehen? Ich kann dir das alles auch nicht herleiten, aber die Erfahrung sagt mir, dass der klassiche TIA das beste Konzept für solche Aufgaben ist. Je nach Randbedingungen kann man es modifizieren und mit diversen Maßnahmen ergänzen. Ich würde aber dringend dazu raten, die alles dafür zu tun, dass die Empfangsleistung um den Faktor 100...1000 höher wird, z.B. indem man die Fotodiode größer macht (was bei der erforderlichen Dynamik unkritisch erscheint, eine passende Optik davor setzt, um viel Licht einzufangen und die Sendeleistung sinnvoll erhöht. Dann wird der Verstärker ein einfaches Problem. > - kann ich irgendwie einen Transistor mit Rauschtemperatur < 300 K > verbauen (gibt es ja genug) und damit die effektive Temperatur des > Widerstands senken auch ohne zu kühlen, und wenn ja, wie? Nach meiner Erfahrung sind die verfügbaren OPV, welche spezielle für Transimpedanzverstärker an Fotodioden mit extrem kleinen Strömen konzipiert sind (DiFET-Technologie), kaum noch durch dolle Schaltungstrickts zu toppen. > - kann ich ein band-selektives Anpassungsnetzwerk bauen, oder einen > Transformator benutzen oder so irgendetwas, das nochmal zu einer > Verbesserung führt, und ist das realistisch machbar? Ein 4:1 > Transformator klingt erstmal clever, aber hat sicher in der Praxis > irgendeinen Grund aus dem es schlecht ist ... Ein Trafo übersetzt Spannungen, verheizt aber dabei immer Signalleistung und bringt in Bezug auf SNR IMHO nix, außer zusätzliches Rauschen, Nichtlinearitäten und unsinnigen Aufwand. Ich halte es in dem Zusammenhang für ein Schnappsidee. Gruß Öletronika
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SuperThread. Also mein Senf ist, ich glaube :) das Eingnagsspannungsrauschen wird nicht evrstärkt weitergegeben an den Ausgang, wobei das ja eigenlich nicht sein kann vielleicht revidiere ich mich hier gleich selber. Bei TIAs ist eigentlich immer das Stromrauschen plus Biasströme real ausschlaggebend, da diese direkt mit dem Rfeedback multipliziert aus Ausgang auftreten, und FET OpAmps haben eben deutlich geringere von diesen Strömen also Bipolar typen. Mit Phil Hobbs hast du wahrscheinlich schon die beste Quelle in den Händen die es dazu gibt, Burr Browns Jerald Graeme hat noch einige Bücher geschrieben, dazu eines zu TIAs, das hat dann auch Art Kay von Texas weitesgehend übernommen und mit dem TinaTI durchsimuliert. Also die drei Quellen plus eben AppNotes dann kannst du nen Doktor auf dem Gebiet schreiben. In der realen Schaltung sind dann eben kritische Leiterlängen von Photodiode und Leckströme zu beachten, das ist aber schwieirig zu simulieren, dafür braucht man dann einfach Erfahrung und elektrisches Geschick, plus Messgeräte des Vetrauens um überhaupt das Rauschen am Ausgang sehen zu können. Ich les auf jedenfall weiterhin mit, klingt spannend. Grüsse, bis 2018 dann :)
Wenn Du kein DC brauchst, schau Dir z.B. die Schaltung auf dem Deckblatt des Linear LT6200 Datenblatt an. Kennst Du die Frequenz des Interferometers?
PS: wegen dem wieso man eben TIA und kein anderes Konzept benutzt: steht im Graeme gut erklärt, bei Phil Hobbs dann nochmal, wenn ich mich recht entsinne ist der TIA das linearste, alles andere weicht mehr oder weniger davon ab, deine Photodiode ist ja keine ideale Stromquelle für egal welche LAsten, aber in den Büchern stehts sicher genauer :) Um noch ein letztes einzuwerfen, Hobbs meint man solle wegen besserer Linearität unbedingt die Photodiiode vorspannen, bisher habe ich meistens Schaltung ohne Vorspannung aufgebaut, er meinte dazu dass das einer der großen Mythen ist , weil die Optiker meistens schlechte elektrotechniker sind und umgekehrt, kann ich aber weder bestätigen noch dementieren, vlt gibts ja hier Meinungen dazu. Im Neuen Jahr will ich dazu mal ein paar Evaluierungsschaltungen aufbauen und testen.
U. M. schrieb: > Warum ist das so? > Solch Aufbau arbeitet doch üblicherweise mit Lasern. Ich sehe da keinen > Grund, dass am Empfänger so wenig Licht ankommt, dass man sich bei der > Verstärkung am Rande des physikalsch machbaren bewegen müßte. Das Interferometer soll als Spektrometer fungieren. Der Laser ist schon relativ hell, aber die Effizienz des Prozesses der das eigentliche Signallicht erzeugt ist schlecht und es bleibt wenig übrig. Mehr Licht gibt's nicht, sorry ;) Das ist auch so kalkuliert, dass das Licht alles auf die Diode trifft, das versteht sich ja von selbst. > Und wo ist die unteres Grenzfrequenz? > Für so ein Verstärkerkonzept ist es schon sehr wesentlich, ob man DC > verstärken muß oder AC. Ich brauche kein DC. Wenn es 1 bis 5 kHz verstärkt ist das gut. > Wunschträume kann man ja haben. Jaja! > Und dann? > Da hast du paar uV über den Widerstand mit Stromrauschen der der > Fotodiode und dazu dem Widerstandsrauschen, welche du noch ungefähr 1 > Mio mal verstärken mußt, was dann auch noch mind. das Rauschen der > Eingangsstufe der ersten Verstärkerstufe voll mitverstärkt. Hm ne, also ich denke immer noch dass das alles nicht der Punkt ist. Es geht nur um die Bandbreite. Mit meinem 2 M Serienwiderstand habe ich auch 10 pA * 2 M = 20 µV, ganz genau wie beim TIA mit 2 M Transimpedanz. Ok, beim TIA sind die am Ausgang niederimpedant, aber ein Buffer ist für 20 µV vergleichsweise einfach (AD8244). > Wie schon geschrieben, ist es bei einem TIA üblich, die Verstärkung so > hoch wie möglich auszulegen, weil da Rauschen des Verstärkerns nur mit > Wurzel(2) eingeht, aber bei allen nachfolgenden Verstärkungen linear. Das ist richtig, aber beim Widerstand in Reihe auch nicht anders. > Ich kann dir das alles auch nicht herleiten, aber die Erfahrung sagt > mir, dass der klassiche TIA das beste Konzept für solche Aufgaben ist. Hmja, nach diesem Thread komme ich auch zu dem Schluss, dass das wohl doch korrekt ist. >> - kann ich irgendwie einen Transistor mit Rauschtemperatur < 300 K >> verbauen (gibt es ja genug) und damit die effektive Temperatur des >> Widerstands senken auch ohne zu kühlen, und wenn ja, wie? > Nach meiner Erfahrung sind die verfügbaren OPV, welche spezielle für > Transimpedanzverstärker an Fotodioden mit extrem kleinen Strömen > konzipiert sind (DiFET-Technologie), kaum noch durch dolle > Schaltungstrickts zu toppen. Ok, danke für den Hinweis und den Tipp mit den DiFET-Opamps, da werde ich mich nochmal umschauen. Viele Grüße, Sven
@Uwe, Fringe-Frequenz kann ich festlegen. Für weniger als den unteren kHz-Bereich wird gibt es aber unangenehm lange Messzeiten und ich dachte, da hat man dann auch tendentiell Probleme mit Drift und 1/f-Rauschen und so. Stimmt, Linearität ist wohl ein Argument für den TIA. Das mit der Vorspannung ist für "hohe Empfindlichkeit"-Aufbauten glaub ich gegessen -- das erhöht den Leckstrom, was schlimmer ist als die dagegen getauschten Vorteile.
Sven B. schrieb: > Hmja, eine Linse ist eigentlich schlauer, oder? Große aktive Fläche > führt zu großer parasitärer Kapazität. Die Linse kostet nichts, außer > ein bisschen Geld. Ja eine Linse ist natürlich noch besser in diesem Fall.
Im Datenblatt des ADA4530-1 findest du eine gute Übersicht zur Berechnung eines TIAs. Auf Themen, wie Rauschen usw. wird auch eingegangen. http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADA4530-1.pdf
Christian L. schrieb: > Im Datenblatt des ADA4530-1 findest du eine gute Übersicht zur > Berechnung eines TIAs. Auf Themen, wie Rauschen usw. wird auch > eingegangen. > http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADA4530-1.pdf Sehr interessantes Bauteil! Vielen Dank.
Wenn Rauschen ein Problem ist, hat man bei Anwendungen mit Einfluss auf das Messkonzept immer eine sehr gute Chance mit einem Lock-in. Wenn man wuesste was denn genau gemessen werden soll ... wieder mal so ein Fall, wo man die Wuermeer einzeln rausziehen muss. Ist das zu messende Phenomen mit einer Bandbreite von bis 5kHz, also Zerfallszeiten/Zeitkonstanten laenger als 200us ? Allenfalls kann man das optische System mit 1MHz pulsen und mit 1kHz Filtern, das waere dann eine Rauschunterdrueckung von 30dB.
Dünnwandtroll schrieb: > Wenn Rauschen ein Problem ist, hat man bei Anwendungen mit Einfluss auf > das Messkonzept immer eine sehr gute Chance mit einem Lock-in. Wenn man > wuesste was denn genau gemessen werden soll ... wieder mal so ein Fall, > wo man die Wuermeer einzeln rausziehen muss. Ja einerseits verstehe ich das Problem, andererseits kann ich auch im ersten Post keine 25 Seiten Kontext aufschreiben, das will ja auch keiner lesen. Und ebenfalls andererseits wird einem auch nie zugetraut, dass man sein Messkonzept so halbwegs durchdacht hat und tatsächlich nur nach dem ungeklärten Teil fragt ;) > Ist das zu messende Phenomen mit einer Bandbreite von bis 5kHz, also > Zerfallszeiten/Zeitkonstanten laenger als 200us ? > Allenfalls kann man das optische System mit 1MHz pulsen und mit 1kHz > Filtern, das waere dann eine Rauschunterdrueckung von 30dB. Das Interferometer soll als Spektrometer verwendet werden, auf das Eingangssignal hast du also erstmal wenig Einfluss, außer eben auf die Bandbreite (durch die Scangeschwindigkeit).
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So, Prototyp mit dem ADA4530 ist bestellt, mal schauen wie das so funktioniert mit 250 MOhm Transimpedanzverstärkung.
U. M. schrieb: > Ein Trafo übersetzt Spannungen, verheizt aber dabei immer Signalleistung > und bringt in Bezug auf SNR IMHO nix, außer zusätzliches Rauschen, > Nichtlinearitäten und unsinnigen Aufwand. > Ich halte es in dem Zusammenhang für ein Schnappsidee. Ich nicht. Es geht bei solchen Sachen ja primär immer um Leistungsverstärkung, hier sogar mit dem Zweitziel der Rauschanpassung. Dabei kann ein guter Übertrager sehr helfen. gaestchen schrieb: > Um noch ein letztes einzuwerfen, Hobbs meint man solle wegen besserer > Linearität unbedingt die Photodiiode vorspannen, bisher habe ich > meistens Schaltung ohne Vorspannung aufgebaut, er meinte dazu dass das > einer der großen Mythen ist , weil die Optiker meistens schlechte > elektrotechniker sind und umgekehrt, Ich habe eher den Eindruck, dass dieser Hobbs ein schlechter Elektriker ist. Wenn man mit derartig geringen Leistungen hantiert, kommt ja praktisch keine Spannung an der PD zustande, die die Linearität verschlechtern könnte. Eine Vorspannung führt aber zu erhöhtem Rauschen. Die dummen Optiker werden das einfach ausprobiert haben. Sven B. schrieb: > Eine Kühlung von 25° auf > -5° verringert die thermische Rauschleistungsdichte um einen Faktor > sqrt(290/260) = ~5%, das ist wirklich nicht viel. Das ist ja auch lächerlich wenig. Dafür braucht man im Winter nur das Fenster auf zu machen. Die letzten Spektrometer, mit denen ich zu tun hatte, haben ihre Si-Detektoren auf -70°C gekühlt. Das ältere mittels Kompressorkühlung, das jüngere mittels Peltiers. Der Servicetechniker murmelte etwas von 35 Elektronen pro Sekunde. Sven B. schrieb: > Das Signal im > Interferometer ist extrem schwach (sagen wir mal 1..10 pW optisch) So furchtbar wenig ist das doch nicht. 10µV an 50 Ohm sind auch nur 2pW und damit funktionieren viele HF-Empfänger schon ganz prima. Sogar mit Bandbreite. Der gravierenste Fehler bei deiner Konstruktion dürfte die Verwendung von nur einer PD sein. Die Lichtenergie in den Interferenzminima ist doch nicht weg, sie erscheint jetzt nur an einem anderen Ort. Da bietet es sich doch an eine zweite PD an diesem Ort anzubringen und sie antiparallel zur ersten zu schalten. Auf diese Weise kann man auch auf rauschende Arbeitswiderstände verzichten. Man kann das natürlich auch noch etwas weiter treiben und an Stelle von einigen wenigen PD gleich eine ganze Zeile, z.B. in Gestalt eines CCD, verwenden und das ganze Spektrum darauf abbilden. Anstelle des präzise anzutreibenden Wackelspiegels steht dann ein Gitter oder ein Prisma, das dir auch noch die Mühsal der Fourieranalyse abnimmt. Um einen mechanisch superstabilen Aufbau, evtl. auch thermostatisiert, wirst du so oder so nicht herum kommen.
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Sven B. schrieb: > Das Interferometer soll als Spektrometer fungieren. Der Laser ist schon > relativ hell, aber die Effizienz des Prozesses der das eigentliche > Signallicht erzeugt ist schlecht und es bleibt wenig übrig. Mehr Licht > gibt's nicht, sorry ;) Ich könnte mir vorstellen, dass du unter diesen Umständen ein Problem bei der Digitalisierung des Signals bekommst. Deshalb weil das mickrige Meßsignal den starken Fringes des Laserlichts überlagert ist. Damit dürfte man an die Grenzen von Linearität und Auflösung des ADC kommen. Evtl. kannst du das Laserlicht mit einem Interferenzfilter weitestgehend entfernen, aber völlig linear, ohne Quantisierungsrauschen und in weniger als 1ns erledigt die althergebrachte dispersive Optik die vielen vektoriellen Additionen ;-)
Sven B. schrieb: > Alles kleiner 100 Hz ist mir egal. Sag das doch gleich und nicht erst nach einem Dutzend Postings. Sven B. schrieb: > Die Idee des TIA ist ja, bei gleichem Feedback-Widerstand die Bandbreite > zu erhöhen, indem der Swing über die Diodenkapazität reduziert wird. Der TIA sorgt dafür, dass der Diodenstrom im Kurzschlussbetieb und nicht bei irgendeiner Spannung gemessen wird, i.e. damit bekommst du Linearität. Die Diodenkapazität reduzierst du, indem du eine kräftige DC-Spannung in Sperrrichtung an die Diode legst. Ausgewertet wird dann nur der AC-Anteil.
Hp M. schrieb: > Ich habe eher den Eindruck, dass dieser Hobbs ein schlechter Elektriker > ist. > Wenn man mit derartig geringen Leistungen hantiert, kommt ja praktisch > keine Spannung an der PD zustande, die die Linearität verschlechtern > könnte. > Eine Vorspannung führt aber zu erhöhtem Rauschen. > Die dummen Optiker werden das einfach ausprobiert haben. Ich glaub es gibt einfach verschiedene Anwendungsfälle. Eine Vorspannung ist m.E. genau dann sinnvoll, wenn der Dunkelstrom nicht das Limitierende ist. Das ist hier nicht der Fall. > Sven B. schrieb: >> Eine Kühlung von 25° auf >> -5° verringert die thermische Rauschleistungsdichte um einen Faktor >> sqrt(290/260) = ~5%, das ist wirklich nicht viel. > > Das ist ja auch lächerlich wenig. Dafür braucht man im Winter nur das > Fenster auf zu machen. Die letzten Spektrometer, mit denen ich zu tun > hatte, haben ihre Si-Detektoren auf -70°C gekühlt. Das ältere mittels > Kompressorkühlung, das jüngere mittels Peltiers. Der Servicetechniker > murmelte etwas von 35 Elektronen pro Sekunde. Ja Moment, für den Si-Detektor ist das was anderes. Da geht der Dunkelstrom exponentiell mit der Temperatur runter, statt mit der Wurzel wie beim Widerstand. Das bringt aber erst dann was, wenn der Schaltkreis so gut ist, dass der Dunkelstrom der Diode überwiegt, und eben nicht das Widerstandsrauschen. Den Widerstand kühlen bringt auch auf -70°C wenig. Aber das ist eine interessante Anekdote ;) > Der gravierenste Fehler bei deiner Konstruktion dürfte die Verwendung > von nur einer PD sein. Die Lichtenergie in den Interferenzminima ist > doch nicht weg, sie erscheint jetzt nur an einem anderen Ort. Darüber hab ich auch schon nachgedacht. Aber... > Da bietet es sich doch an eine zweite PD an diesem Ort anzubringen und > sie antiparallel zur ersten zu schalten. wo? Es gibt prinzipbedingt keinen Platz, wo man die hinbauen kann ohne dass sie der anderen im Weg ist, oder? > Man kann das natürlich auch noch etwas weiter treiben und an Stelle von > einigen wenigen PD gleich eine ganze Zeile, z.B. in Gestalt eines CCD, > verwenden und das ganze Spektrum darauf abbilden. > Anstelle des präzise anzutreibenden Wackelspiegels steht dann ein Gitter > oder ein Prisma, das dir auch noch die Mühsal der Fourieranalyse > abnimmt. Naja, dann hat man mein FT-Spektrometer eben in ein Gitterspektrometer umgebaut. Kann man natürlich machen :D hat aber andere Nachteile. Den Spiegel musst du nicht präzise antreiben -- dafür hast du einen Referenzkanal, der zeitsynchron Fringes eines stabilen Lasers zählt. Der kann einfach irgendwie fahren. > Ich könnte mir vorstellen, dass du unter diesen Umständen ein Problem > bei der Digitalisierung des Signals bekommst. > Deshalb weil das mickrige Meßsignal den starken Fringes des Laserlichts > überlagert ist. Deshalb ist da auch davor ein optisches Filter, was das Laserlicht großteils entfernt. @Wolfgang > Der TIA sorgt dafür, dass der Diodenstrom im Kurzschlussbetieb und nicht > bei irgendeiner Spannung gemessen wird, i.e. damit bekommst du > Linearität. Die Diodenkapazität reduzierst du, indem du eine kräftige > DC-Spannung in Sperrrichtung an die Diode legst. Für den Hinweis war das mit dem DC natürlich absolut zentral. ... Ok, das mit der Linearität macht Sinn, das habe ich inzwischen verstanden. Die Rückwärtsspannung halte ich immer noch für kontraproduktiv, das erhöht den Dunkelstrom stark, das kann man sich für eine auf Empfindlichkeit optimierte Anwendung nicht leisten.
@ Uwe Bonnes (Firma: TU Darmstadt) (uwebonnes) >Wenn Du kein DC brauchst, schau Dir z.B. die Schaltung auf dem Deckblatt >des Linear LT6200 Datenblatt an. Das sind alles noch solche Tricks aus der Vergangenheit, als es noch keine rauscharmen FET-OPV mit hoher Grenzfrequenz gab. @Helmut S. (helmuts) >Als Opamp werfe ich mal den OPA124 in die Runde. Und ich den OPA657 (bzw. sein f-kompensierter Bruder OPA656). Der OPA124 hat ja gerade mal eine GBW von 1,5MHz. Bei den open angesprochenen 250MOhm glaube ich nicht so richtig, daß der noch einige kHz mitmacht. Ansonsten sind die Rauschwerte des OPA124 nicht schlecht (Spannungsrauschen des OPV ist ohnehin bei solch hohen Transimpedanzen eher egal, solange man nicht in höhere Frequenzbereiche muß).
Hallo, > Sven B. schrieb: > Die Rückwärtsspannung halte ich immer noch für > kontraproduktiv, das erhöht den Dunkelstrom stark, das kann man sich für > eine auf Empfindlichkeit optimierte Anwendung nicht leisten. Da bin ich ja mal gespannt, wie du die Physik austricksen wirst ;-) Du willst ja auch eine gewissen Dynamik haben. Da wirst du zumindest etwas Vorspannung wahrscheinlich gerade wegen der sehr hohen Empfindlichkeit brauchen, sonst macht dir die lästige Kapazität der Didoe einen Strich durch die Rechnung. Ist natürlich auch wieder von der Größe der PD agnhängig, aber je kleiner die ist, desto weniger Licht wirst du bekommen. Da beißt sich dann die Katze in den Schwanz. Die Frage der Linearität halte ich dann auch für nebensächlich, eine PD in Sperrrichtung am TIA ist schon ziemlich gut linear. Gruß Öletronika
@ U. M. (oeletronika) >Hallo, >> Sven B. schrieb: >> Die Rückwärtsspannung halte ich immer noch für >> kontraproduktiv, das erhöht den Dunkelstrom stark, das kann man sich für >> eine auf Empfindlichkeit optimierte Anwendung nicht leisten. >Da bin ich ja mal gespannt, wie du die Physik austricksen wirst ;-) >Du willst ja auch eine gewissen Dynamik haben. Da wirst du zumindest >etwas Vorspannung wahrscheinlich gerade wegen der sehr hohen >Empfindlichkeit brauchen, sonst macht dir die lästige Kapazität der >Didoe einen Strich durch die Rechnung. Das hat aber nichts mit Empfindlichkeit schlechthin zu tun, sondern erstmal mit den Frequenzeigenschaften. Wenn man keine hohe Frequenzen verarbeiten will, reicht eine PD im Kurzschlußbetrieb. Dafür hat man praktisch keinen Dunkelrauschstrom -> empfindlich. Will man höhere Frequenzen erreichen, kann man (nicht muß) mit Vorspannung zur C-Erniedrigung arbeiten. Alternativ kann man auch mit den zahlreichen Bootstrap-Schaltungen herumtricksen, die die wirksam werdende parasitäre C der Diode+angrenzenden Schaltung erniedrigen können.
> Da wirst du zumindest etwas Vorspannung wahrscheinlich gerade wegen der sehr
hohen Empfindlichkeit brauchen, sonst macht dir die lästige Kapazität der Didoe
einen Strich durch die Rechnung.
Wer mit pA hantiert, der nimmt besser keine Vorspannung, weil damit ein
hoher Leckstrom eingehrgeht der die Empfindlichkeit kaputt macht.
Die Vorspannung ist vor allem bei höheren Frequenzen relevant - allerdings kann abei 250 MOhm in der Rückkopplung der Übergang zu den höheren Frequenzen bereits im unteren kHz Bereich liegen und damit schon relevant sein. Wo die Grenze liegt hängt auch von der Detektorkapazität ab. Eine kleine PD kann noch ohne Vorspannung auskommen, eine große wird wohl eine benötigen. Schon eine moderate Vorspannung (z.B. 2 V) kann die Kapazität deutlich reduzieren. Man muss nicht gleich in den Bereich hoher Vorspannung gehen. Wenn man zu wirklich kleinem Rauschen kommen will, kann man ggf. auch statt TIA einen Ladungsverstärker nutzen, also mit Kondensator im FB und dann einem gelegentlichen FB. Es hängt von der Anwendung ab, ob es passt. Im Prinzip kann man damit das Rauschen der Widerstandes los werden, bekommt aber dafür eine andere Rauschquelle, bzw. Reset Pausen in der Messzeit. Es gibt auch gleich fertige Integrator ICs mit eine Reset Schaltung.
U. M. schrieb: > Hallo, >> Sven B. schrieb: >> Die Rückwärtsspannung halte ich immer noch für >> kontraproduktiv, das erhöht den Dunkelstrom stark, das kann man sich für >> eine auf Empfindlichkeit optimierte Anwendung nicht leisten. > Da bin ich ja mal gespannt, wie du die Physik austricksen wirst ;-) > Du willst ja auch eine gewissen Dynamik haben. Da wirst du zumindest > etwas Vorspannung wahrscheinlich gerade wegen der sehr hohen > Empfindlichkeit brauchen, sonst macht dir die lästige Kapazität der > Didoe einen Strich durch die Rechnung. > Ist natürlich auch wieder von der Größe der PD agnhängig, aber je > kleiner die ist, desto weniger Licht wirst du bekommen. > Da beißt sich dann die Katze in den Schwanz. Naja, es gibt viele Dioden mit < 2 pF Kapazität ohne Vorspannung. Für ein paar kHz ist die Diodenkapazität einfach nicht limitierend, sondern eher, wie viel Transimpedance Gain man sich noch zutraut. So sieht das zumindest in meinen Simulationen für mich gerade aus. Außerdem Dynamik ...? Das verschlechtert die Frequenzeigenschaften, nicht die Dynamik, oder übersehe ich da was? Ich weiß was du meinst, ich habe viele Schaltungen mit Bootstrap und Vorspannung und blabla angeschaut, aber die haben immer sowas wie 100 pF Diodenkapazität, ich sehe einfach nicht, warum ich das heutzutage bzw. in der Anwendung erdulden sollte. Das mit der Größe der Photodiode ist kein Argument, du kannst mit einer Linse die effektive Fläche beliebig vergrößern. Bei passendem Aufbau trifft dann immer alles verfügbare Licht auf die PD, egal wie klein die ist. Naja, gibt natürlich Grenzen, < 100µ wird dann schon wieder anstrengend, aber 300µ oder 500µ ist sicherlich kein Problem.
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Lurchi schrieb: > Wenn man zu wirklich kleinem Rauschen kommen will, kann man ggf. auch > statt TIA einen Ladungsverstärker nutzen, also mit Kondensator im FB und > dann einem gelegentlichen FB. Es hängt von der Anwendung ab, ob es > passt. Im Prinzip kann man damit das Rauschen der Widerstandes los > werden, bekommt aber dafür eine andere Rauschquelle, bzw. Reset Pausen > in der Messzeit. Es gibt auch gleich fertige Integrator ICs mit eine > Reset Schaltung. Hmm, die integrieren aber, oder? Also effektiv wirst du da das Rauschen des Widerstands nicht los, du reduzierst nur die Bandbreite so weit dass das Integral über die Rauschleistungsdichte dieser sehr kleinen Bandbreite sehr klein ist ...?
Sven B. schrieb: > du kannst mit einer > Linse die effektive Fläche beliebig vergrößern. Weiss ich nicht. Linsen verwendet man bei solchen Maschinen ja eher ungern, weil sie chromatische Fehler und Absorptionsbereiche haben. Falls es sich doch nicht vermeiden lässt, kommen z.T. exotische Materialien zum Einsatz. *) Deshalb besteht die Optik von Spektrometern eher aus Spiegeln. Un welche Wellenlängen geht es eigentlich bei diesem Experiment? *) Ich habe mal aus Versehen die Eingangsoptik eines 2m UV-VIS Polychromators aufgelöst. Nach einigen Minuten im Wasser sah die Linse aus wie ein abgelutschter Drops ;-)
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Sven B. schrieb: > ich habe viele Schaltungen mit Bootstrap und > Vorspannung und blabla angeschaut, aber die haben immer sowas wie 100 pF > Diodenkapazität, ich sehe einfach nicht, warum ich das heutzutage bzw. > in der Anwendung erdulden sollte. Na dann bau mal deinen 250MOhm-TIA auf... Du musst da schon mit Kompensationskapazitäten im Bereich <100fF hantieren, um auf deine gewünschte Bandbreite zu kommen. Das kannst du doch nur noch durch die Reihenschaltung von mehr oder weniger vielen Gegenkopplungswiderständen und der Nutzung ihrer parasitären Parallelkapazitäten machen. Mit einer einfachen Bootstrap-Schaltung ist der Abgleich dagegen gar kein Problem, weil er mit einem Widerstand erfolgt. Wenn man beide Schaltungen dynamisch gleich einstellt, dann ist auch das Rauschverhalten beider Schaltungen genau gleich. Und die Bootstrap-Schaltung hat noch mehr Vorteile, sie kann nämlich auch gleich noch verstärken (falls man noch Bandbreite "übrig" hat), der TIA kann das nur über noch größere Gegenkopplungswiderstände oder mit einem zweiten Verstärker hintendran.
Hp M. schrieb: > Sven B. schrieb: >> du kannst mit einer >> Linse die effektive Fläche beliebig vergrößern. > > Weiss ich nicht. Linsen verwendet man bei solchen Maschinen ja eher > ungern, weil sie chromatische Fehler und Absorptionsbereiche haben. > Falls es sich doch nicht vermeiden lässt, kommen z.T. exotische > Materialien zum Einsatz. *) > Deshalb besteht die Optik von Spektrometern eher aus Spiegeln. Hmja, naja, es geht so um den 500-600nm-Bereich, da gibt es ziemlich gute Linsen ... und chromatische Aberration ist mir ja ziemlich egal, es soll ja nur alles auf die Photodiode fallen. 300µ Fokus sollte man selbst mit der unkorrigierten Gammellinse hinbekommen für die Bandbreite ;)
@ ArnoR (Gast) >Mit einer einfachen Bootstrap-Schaltung ist der Abgleich dagegen gar >kein Problem, weil er mit einem Widerstand erfolgt. Wenn man beide An Pin 3 (nicht-inv. Eingang) haben wir ja volle Signalspannung entsprechend dem Photostrom über dem 250MOhm. Berücksichtigt denn da Deine Simulation auch die restlichen parasitären Cs an Pin 3? Wie sieht es denn aus, wenn Du mal paar pF parallel zum 250MOhm schaltest? Ein bißchen wundert es mich nämlich, daß diese recht simple Schaltung scheinbar keine größere Verbreitung gefunden hat (scheint mir zumindest).
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Jens G. schrieb: > An Pin 3 (nicht-inv. Eingang) haben wir ja volle Signalspannung > entsprechend dem Photostrom über dem 250MOhm. Ja, aber am anderen Ende der Photodiode auch, über ihr liegt somit (fast) kein Signal, genau wie beim TIA. Jens G. schrieb: > Wie sieht es denn aus, wenn Du mal paar pF parallel zum 250MOhm > schaltest? Ist doch schon dran, nämlich die Eingangskapazität des OPV.
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@ArnoR Ich glaube ich habe einen Fehler in deiner Simulation mit TINA-TI gefunden. Die Ausgänge deiner beiden Opamps sind kurzgeschlossen da vermutlich beim kopieren der Netzname "6" am Ausgangsknoten mitkopiert wurde. Ich habe mich nämlich gewundert warum ich deine Ergebnisse in LTspiceXVII nicht nachvollziehen konnte. Inzwischen ist mir klar warum deine zweite Schaltung in Wirklichkeit eine viel kleinere Bandbreite hat - die 5pF "common mode" Eingangskapzität liegt parallel zu den 250MOhm. Damit hat deine zweite Schaltung einen entscheidenden Nachteil. Gruß Helmut
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Helmut S. schrieb: > Ich glaube ich habe einen Fehler in deiner Simulation mit TINA-TI > gefunden. Die Ausgänge deiner beiden Opamps sind kurzgeschlossen da > vermutlich beim kopieren der Netzname "6" am Ausgangsknoten mitkopiert > wurde. Nein, da ist nichts kurzgeschlossen, Tina hat da nur die Anschlußnummern rangeschrieben, die OPVs wurden auch nicht kopiert, sondern nacheinander aus der Datenbank eingefügt. Ich hab nochmal die Simulation mit der Bootstrapschaltung allein gemacht. Ergebnis wie vorher.
Kannst du mir mal die Datei .tsc anhängen damit ich die nicht eingeben muss.
>Ich habe mich nämlich gewundert warum ich deine Ergebnisse in >LTspiceXVII nicht nachvollziehen konnte. Inzwischen ist mir klar warum >deine zweite Schaltung in Wirklichkeit eine viel kleinere Bandbreite hat >- die 5pF "common mode" Eingangskapzität liegt parallel zu den 250MOhm. >Damit hat deine zweite Schaltung einen entscheidenden Nachteil. Deswegen fragte ich wegen den restlichen parasitären Cs. Denn so richtig glaube ich nämlich auch noch nicht, daß die volle Signalspannung am 250MOhm mitsamt den parasitären Cs dort nicht irgendwie nachteilig wäre.
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Helmut, ich habe jetzt nochmal eine Simu mit deinen Werten gemacht, das Ergebnis ist genau umgekehrt wie bei dir. Sehe im Moment nicht wo da was nicht stimmt. Die Datei meiner ersten Simu hängt dran.
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Aha, es scheint so, als stimmt mit den Eingangskapazitäten des OPV-Modells was nicht. Hab jetzt mal 5p parallel zu den 250M eingebaut. Dann muss man einfach nur den Bootstrapfaktor etwas größer als 1 machen, um die gleiche Kompensation wie beim TIA zu erreichen. Das ist aber kein Nachteil, da eh nachverstärkt werden muss.
Heh, danke für's Rumspielen und Ergebnisse präsentieren! Ja, das mit der kleinen Feedback-Kapazität ist mir schon als potentielles Problem aufgefallen, ich glaube das muss ich mir einfach mal in der Praxis anschauen. Ich unterliege noch der Illusion, dass ich da 100 fF 0603 reinlöten kann und es tut halbwegs wie simuliert. Falls nicht, komme ich gern auf die vorgeschlagene Topologie zurück, danke für den Hinweis!
@Arno, Das Modell das du verwendet hast hat 0pF Eingangskapaziät. Ich habe das Modell von der TI-Webseite verwendet. Da ist sowohl eine common mode (jeweils 5pF) als auch eine differential (2p) Kapazität drin. Wenn die Photodiode nur 3pF Kapazität hat lässt sich kein Kompensationsnetzwerk in deiner Schaltung finden. Ich hatte 3pF verwendet, weil etwas in einem Beitrag nur 2pF gelesen habe.
Helmut S. schrieb: > Das Modell das du verwendet hast hat 0pF Eingangskapaziät. Naja, das hab ich mir ja nicht extra ausgesucht oder manipuliert, das ist das Modell, was in TINA-TI enthalten ist und von Texas Instruments 2011 herausgegeben wurde, das steht doch im Modell drin. Da bin ich mal vertrauensvoll davon ausgegangen, dass es auch stimmt, zumal gleich am Anfang auch 3 Kapazitäten definiert sind, 2 davon in genau der passenden Größe. Sven B. schrieb: > Ich unterliege noch der Illusion, dass ich da 100 fF 0603 > reinlöten kann und es tut halbwegs wie simuliert. Für 5kHz sind 100fF wohl schon zu viel. Und du musst berücksichtigen, dass da auch noch Streukapazitäten in der Größenordnung parallel sind.
ArnoR schrieb: > Für 5kHz sind 100fF wohl schon zu viel. Und du musst berücksichtigen, > dass da auch noch Streukapazitäten in der Größenordnung parallel sind. Sah in meiner Simulation nicht so aus, ich bin irgendwie auf 170 fF gekommen. Dann dachte ich naja, 100 fF diskret plus die Streukapazitäten könnte ungefähr hinkommen, also schaue ich mal.
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Sven B. schrieb: > Sah in meiner Simulation nicht so aus, ich bin irgendwie auf 170 fF > gekommen. Dann dachte ich naja, 100 fF diskret plus die Streukapazitäten > könnte ungefähr hinkommen, also schaue ich mal. Im Anhang nochmal eine Simu mit dem aktuellen (Monster-) Modell von der TI-Seite. Mit 100fF hat man beim TIA bei 5kHz einen Abfall von 1,63dB, etwa -20%. Die Kurven sind wieder grün für TIA und rot für Bootstrap.
@Arno Warum nimmst du 11pF? Hat die Photodiode nicht 2pF? @Sven Welche Kapazität hat die Photodiode bei 0V?
Helmut S. schrieb: > Warum nimmst du 11pF? Weil Sven B. (scummos) diesen Wert in seiner Simu hier: Beitrag "Re: Photodioden-Frontend hohe Empfindlichkeit, mittlere Bandbreite?" verwendet hat. Ich nehme mal an, das hat seinen Grund.
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Hi, warum quält ihr euch mit dem 250 Mohm? Ein Spannungsteiler davor und man kann dem Rf stark verkleinern.
Das Rauschen steigt an, da vom OpV-Ausgang auch nur ein Teil des Gesamtsignals gegengekoppelt wird. Mußte ich auch schon erfahren, allerdings mit einem Ausgangsteiler 1000:1. Gruß - Werner
Ich wollte wegen dem Dunkelstrom sowas wie die S5973 verwenden, die hat nur so 1.6 pF. Ursprünglich dachte ich, man könnte auch so einen SFH203-Serien-Diode nehmen, aber da ist der Dunkelstrom zu groß, da kommen die 11 pF her.
Werner H. schrieb: > Das Rauschen steigt an, da vom OpV-Ausgang auch nur ein Teil des > Gesamtsignals gegengekoppelt wird. > Mußte ich auch schon erfahren, allerdings mit einem Ausgangsteiler > 1000:1. Genau. Mit einem 100:1 Teiler steigt das Rauschen etwa um den Faktor 5 und die Ausgangsoffsetspannung um den Faktor 100 an.
wie ich oben schon mal angemerkt habe gibt es neben dem TIA noch andere Konzept. Im Anhang ist eine 2 stufige Anordnung. R5 und C2 muss durch die PD ersetzt werden. C4 simuliert die Streukapazität am Messeingang. U3 entkoppelt den kritschen Punkt der Schaltung vom Rest. U1 ist ein PI-Regler der den +Eingang von U3 aus 0 Potential regelt. Am +Eingang von U1 stellt man den Offset ein. Der Vorteil ist, man muß nicht mit fF rumspielen. Wenn doch 2 paralle Leitungen und zum Abgleich abschneiden.
>C4 simuliert die Streukapazität am Messeingang.
Meinst Du nicht, daß 100p etwas übertrieben für eine Streu-C ist?
Ansonsten hat das Ding ganz einfach einen Frequenzgang, der im
wesentlichen aus den R's und C's am non-inv. Eingang des U3 gebildet
wird.
Das ist schlechter als bei einem TIA, und auch schlechter als bei Arnos
Bootstrap-Variante.
Arnos Bootstrap-Variante dürfte aber nur bei größeren PD-Kapazitäten
(gegenüber den Streu-C's non-inv. Eingang) so richtig was bringen, da
sich erst dadurch die Bootstrap-Wirkung auch auf den non-inv. Eingang
auswirkt.
Bei kleinen PD-C's hat man eine zu große kapazitive Spannungsteilung.
Bei 2pF sieht man also vermutlich nicht mehr einen solchen großen Effekt
(zumal es bei 2pF ohnehin nicht mehr viel zu kompensieren gibt).
Ist zumindest bis jetzt so meine Annahme ;-)
Bei einem sehr kleinen Detektor muss man auch die Eingangskapazität des OPs mit berücksichtigen. Auch da können noch einmal ein paar pF zusammenkommen. Auch die Leitungen zur PD sind da wesentlich. Für 100 oder 170 fF Kapazität parallel zum 250 M Widerstand muss man vermutlich schon auf das Layout und die Bauform des Widerstandes achten dass man nicht mehr parasitäre Kapazität hat.
Bullenrassler schrieb: > Hi, > warum quält ihr euch mit dem 250 Mohm? Ein Spannungsteiler davor und man > kann dem Rf stark verkleinern. Mit der von dir voegeschlagenen Lösung bekommt man leider eine höhere Rauschspannung und eine höhere Offsetdrift. Nachtrag: Ich sehe gerade dass einige Vorredner das mit dem erhöhten Rauschen schon erwähnt haben.
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Jens G. schrieb: > Meinst Du nicht, daß 100p etwas übertrieben für eine Streu-C ist? Ja aber 1m RG58 hat halt eine so große Kapazität:-( Der Vorteil der Schaltung ist halt, das man von den extremen Bauteilwerten wegkommt. Steht auch in der Litteraturstelle (Elektronik 5/1999 S.101)
Aber warum sollte da 1m RG58 sein? Die Photodiode ist direkt am Verstärker ...
Bei meiner Anwendung war das so. Man kann auch mit 2pF simulieren.
@ Reihaus (Gast) >Bei meiner Anwendung war das so. >Man kann auch mit 2pF simulieren. Es geht aber um die Anwendung des TO. Und da will er bei 250MOhm ein paar kHz erreichen. Da sollte man mit den pF geizen, und nicht noch ein RG58 an die PD klemmen wollen.
Die Schaltung mit den 2 Ops ist auch nicht so anders als ein TIA mit dem Teiler im Feedback um den Widerstand kleiner zu halten auf Kosten von mehr Rauschen. Es ist nur der eine OP als Impedanzwandler vor dem 2. OP und dann mit extra Beschaltung am Invertierenden Verstärker um den langsam zu machen - für die vorgesehenen 5 kHz ggf. schon zu langsam. Der Kondensator im 100-200 fF Bereich ist nicht so dramatisch - das ist im Bereich der Parasitären Kapazitäten, bzw. ein paar mm mehr Draht oder weniger Abschirmung.
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Hier ist mal ein Spektrum vom Output mit 250 MOhm Transimpedanz, und einer Laserdiode daneben die mit einem 2.5 kHz Rechteck moduliert wird. Scheint soweit ganz okay zu funktionieren. An ein paar Stellen ist noch ein bisschen Dreck, bin nicht sicher wo der herkommt ... das Rauschen müsste eigentlich im niedrigen Frequenzbereich höher sein (ca. 6 dB mehr), ich vermute, dass der Spectrum Analyzer da falsch misst, der ist erst ab 9 kHz spezifiziert und ich vermute dass die Amplitude bei 11 kHz mit Preamplifier auch nicht wahnsinnig genau ist. Das Gehäuse der Photodiode auf Masse zu legen scheint wichtig zu sein, das reduziert Einkopplung von z.B. 50 Hz-Kram erheblich. Funktioniert auch mit dem Plastikgehäuse, wenn man einen Draht drumwickelt, nur weniger gut :D
> Nun benutzt man ja als Photodioden-Frontend meist einen > Transimpedanzverstärker. Das erscheint mir aber nach längerer Recherche > und Simulation in dem Fall gar nicht zielführend. Die Idee des TIA ist > ja, bei gleichem Feedback-Widerstand die Bandbreite zu erhöhen, indem > der Swing über die Diodenkapazität reduziert wird. Nur, ich bekomme die > Bandbreite die ich brauche sowieso durch Auswahl einer Diode mit sagen > wir 2 pF Sperrschichtkapazität, auch bei 2 M Transimpedanz, auch ohne > TIA; und in diesem Fall verursacht der TIA nur zusätzliches Rauschen [...] Können wir nochmal auf diese Ausgangsüberlegung zurückkommen? 2MOhm mit 2pF macht 40kHz Bandbreite. Wenn man jetzt einen TIA mit 40kHz Bandbreite simuliert, müsste mehr Rauschen am Ausgang zu messen sein, dafür wird die Verstärkung höher ausfallen (oder man macht den TIA mit nem Feedback C lahm..) Wie verhält sich das S/N in beiden Fällen?
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Warum sollte die Verstärkung höher ausfallen? Das Argument, was mich von diesem Konzept abgebracht hat, ist die Linearität der Schaltung. Die ist beim TIA offensichtlich besser.
@ Ucdotnet@fyii.de PW:Bug13yti (afafaf) >> Nun benutzt man ja als Photodioden-Frontend meist einen >> Transimpedanzverstärker. Das erscheint mir aber nach längerer Recherche >> und Simulation in dem Fall gar nicht zielführend. Die Idee des TIA ist >> ja, bei gleichem Feedback-Widerstand die Bandbreite zu erhöhen, indem >> der Swing über die Diodenkapazität reduziert wird. Nur, ich bekomme die >> Bandbreite die ich brauche sowieso durch Auswahl einer Diode mit sagen >> wir 2 pF Sperrschichtkapazität, auch bei 2 M Transimpedanz, auch ohne >> TIA; und in diesem Fall verursacht der TIA nur zusätzliches Rauschen [...] >Können wir nochmal auf diese Ausgangsüberlegung zurückkommen? >2MOhm mit 2pF macht 40kHz Bandbreite. Ich würde eher 150-200kHz schätzen. >Wenn man jetzt einen TIA mit 40kHz Bandbreite simuliert, müsste mehr >Rauschen am Ausgang zu messen sein, Warum mehr Rauschen? Klar, der OPV produziert auch so sein Rauschen, aber wenn man bei 1MOOhm einen OPF mit FET-Eingängen mit wenig Stromrauschen nimmt, dann fällt dessen Beitrag zum Gesamtrauschen im Vergleich zum Rf-Rauschen schon recht bescheiden aus. >dafür wird die Verstärkung höher >ausfallen (oder man macht den TIA mit nem Feedback C lahm..) Warum höher? Die Verstärkung wird in beiden Fällen vom R bestimmt. >Wie verhält sich das S/N in beiden Fällen? Bis auf 1 Promille mehr Rauschen beim TIA (wenn es um höhere Transimpedanzen geht) haben beide dasselbe Rauschen, der TIA hat aber eine deutlich höhere Bandbreite (was ja der Sinn eines solchen ist).
Mit einem kleineren Widerstand im Feedback und dafür mehr Verstärkung hinter dem TIA (oder die T-Glied Schaltung) vergrößert das Stromrauschen des FB Widerstandes mit der Wurzel des Widerstandes. D.h. mit 2 M statt 200 M hätte man das etwa 10 fache Rauschen vom Widerstand. Je nach Auslegung der Schaltung kann auch eine andere Rauschquelle dominieren. Das ist vor allem das Schrotrauschen von der Photodiode / Lichtquelle. Sonst ist das Rauschen des Widerstandes schon oft die dominierende Quelle. Bei höheren Frequenzen kommt noch das Spannungsrauschen des OPs zusammen mit der Detektorkapazität als eine ggf. wesentliche Rauschquelle dazu. Deshalb kann es trotz höherem Dunkelstrom ggf. doch sinnvoll sein schon mit Vorspannung zu arbeiten.
Lurchi schrieb: > Mit einem kleineren Widerstand im Feedback und dafür mehr Verstärkung > hinter dem TIA (oder die T-Glied Schaltung) vergrößert das Stromrauschen > des FB Widerstandes mit der Wurzel des Widerstandes. D.h. mit 2 M statt > 200 M hätte man das etwa 10 fache Rauschen vom Widerstand. Ja, output-referred voltage noise. Wenn du das input-referred current noise ankuckst, also das zu dem gemessenen Rauschen am Ausgang äquivalente Eingangssignal, dann ist es um einen Faktor 10 kleiner wenn du den Widerstand von 2M auf 200M größer machst. Und das ist das Wesentliche. Also größerer Widerstand, weniger Rauschen.
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Den wesentlichen Teil des Digitalisierers hab ich jetzt auch in Betrieb, jetzt kann man mal ein bisschen testen ... Im Foto rechts ist das Board mit der Photodiode (blaue Status-LED), die Photodiode ist unter dem Shield und schaut nach unten auf den Tisch. In der Mitte ist das Digitizer-Board, und links der rote Punkt ist eine Laserdiode, die mit ~10 kHz moduliert wird und gegen die Decke leuchtet. Das Signal ist im Spektrum (anderes Bild) gut zu erkennen. Der für mich interessante Frequenzbereich zwischen sagen wir 5 kHz und 15 kHz sieht auch sehr sauber aus, ich frage mich allerdings was das um 45 kHz herum ist? Sieht das nach Funkkanal aus oder ist das was anderes? Das Bild ist allerdings auch eine Weile (mehrere Minuten) integriert.
>ist? Sieht das nach Funkkanal aus oder ist das was anderes?
Funkkanal bei 45kHz - kaum. Wird irgendeine Störung von Deinen Geräten
sein.
Auserdem scheinen Sender und Empfänger miteinander verbunden zu sein -
schlechte Voraussetzungen für einen störungsfreien "Lichtempfang".
Ich sehe da auch noch USB - vielleicht auch noch mit dem Rechner
verbunden. Also genügend bedrohlicher Digital-Krimskrams drumherum. Also
ich sehe da reichlich Störpotential.
Man muß ja nur mal mit dem Finger in die Nähe der PD oder TIA kommen, da
sieht man auf dem Oszi sehr schön, was man damit schon einkoppelt.
Das beste ist sicherlich, beide Seiten separat via Batterie zu versorgen
(zumindest Empfangsseite), damit es keinerlei drahtgebundene
Einstreuungen gibt.
> ich frage mich allerdings was das um 45 kHz herum ist? Als erstes würde ich mal die LEDs und das Display des Oszi abschalten.
Jens G. schrieb: >>ist? Sieht das nach Funkkanal aus oder ist das was anderes? > > Funkkanal bei 45kHz - kaum. Wird irgendeine Störung von Deinen Geräten > sein. > Auserdem scheinen Sender und Empfänger miteinander verbunden zu sein - > schlechte Voraussetzungen für einen störungsfreien "Lichtempfang". Sind sie nicht, der Funktionsgenerator an der LD ist komplett getrennt. > Ich sehe da auch noch USB - vielleicht auch noch mit dem Rechner > verbunden. Also genügend bedrohlicher Digital-Krimskrams drumherum. Also > ich sehe da reichlich Störpotential. Ja klar. Die Frage ist, wo's konkret herkommt. Evtl. ist es sogar das Labornetzteil, muss ich nacher mal schauen. Display vom Oszi und die LEDs sind es nicht, das hab ich getestet.
Sven B. schrieb: > ich frage mich allerdings was das um 45 kHz herum > ist? Sieht das nach Funkkanal aus oder ist das was anderes? Irgend eine Energiesparlampe vermutlich. Die Störung wird mit 100Hz Amplituden- und Frequenzmoduliert sein. Wahrscheinlich kannst du die Oberwellen davon mit einem Langwellenradio auch hören.
Hm, aber wenn du in's Spektrum kuckst ist das doch viel breiter als 100 Hz. Es ist auch im Umkreis von wahrscheinlich 50 Metern keine Energiesparlampe an, jedenfalls nicht in dem Zimmer ...
Die 45 kHz sind ein üblicher Frequenzbereich für Schaltnetzteile und ähnliches. Das können heute auch Lampen (ESL, LED, Leuchtstoff) sein. Das muss nicht einmal direkt im Zimmer sein - die Störungen gehen ggf. auch leitungsgebunden in der Nachbarschaft umher.
Oszi und Frequenzgenerator haben auch eine Beleuchtung! Das geht natürlich nicht gut.
Martin Meier schrieb: > Oszi und Frequenzgenerator haben auch eine Beleuchtung! Das geht > natürlich nicht gut. Das ist es nicht, ich hab's abgehängt, ändert nichts. Je nach dem wie die Hintergrundbeleuchtung erzeugt wird, flackert das ja nicht, und dann ist es egal. Das Display vom Notebook sieht man auch nur, wenn man es auf weniger als volle Helligkeit stellt ;)
Lurchi hat bestimmt recht. Die Kurvenform zeigt klar eine Modulation. Ich würde auch erstmal die Netzteile prüfen bzw. möglichst auf Batteriebetrieb gehen. Andererseits ist die Störung nicht so groß, daß man jetzt das Hauptaugenmerk drauflegen muß. In folgenden Versuchsstadien kann es wieder ganz anders aussehen. Könnte übrigens auch Powerline irgendwas sein. Ist das eine FFT des Scopes oder in deiner Spezialsoftware auf dem PC?
Abdul K. schrieb: > Lurchi hat bestimmt recht. Die Kurvenform zeigt klar eine Modulation. > Ich würde auch erstmal die Netzteile prüfen bzw. möglichst auf > Batteriebetrieb gehen. Ich hab mal das Labornetzteil an den Spectrum Analyzer gehängt, das macht ganz schön Dreck, aber ausgerechnet da eigentlich nicht, auch nicht mit Last oder bei anderen Spannungen. In der Luft scheint an der Stelle auch nichts zu sein. Also hm, entweder ich produziere das selbst irgendwie (ich schaue nacher mal hinter den Linearreglern), oder es ist doch was optisches ... > Andererseits ist die Störung nicht so groß, daß > man jetzt das Hauptaugenmerk drauflegen muß. In folgenden > Versuchsstadien kann es wieder ganz anders aussehen. Könnte übrigens > auch Powerline irgendwas sein. Das stimmt, insb. weil sie nicht in dem Frequenzbereich liegt den ich haben will. > Ist das eine FFT des Scopes oder in deiner Spezialsoftware auf dem PC? Ich hab ja den Digitalisierer selbst gebaut, das ist meine Software für den Digitalisierer. Im Gegensatz zum Oszi sampelt der halt kontinuierlich und benutzt alle Daten für die FFT und nicht immer nur ein paar µs. :)
Sven B. schrieb: > wenn du in's Spektrum kuckst ist das doch viel breiter als 100 > Hz. Deshalb schrieb ich ja amplituden und- frequenzmoduliert. Dass so ein billiger Leistungsoszillator bei der sich ständig verändernden Betriebsspannung auch noch frequenzstabil sein soll, ist wohl ein bischen viel verlangt. Schnapp dir ein AM-Transistorradio, auf Mittelwelle gibt es ja praktisch auch keine empfangswürdigen Sender mehr, und geht damit den Störer suchen.
Sven B. schrieb: > Das ist es nicht, ich hab's abgehängt, ändert nichts. Je nach dem wie > die Hintergrundbeleuchtung erzeugt wird, flackert das ja nicht, und dann > ist es egal. Das Display vom Notebook sieht man auch nur, wenn man es > auf weniger als volle Helligkeit stellt ... und Ladegeräte vom Handy, Fritzbox, und 100 andere derartige Dinge. Die lauern heute doch überall.
Heh, lustig, ich glaube der Untergrund der bei so 10 kHz noch zu sehen ist, ist tatsächlich Quantisierungsrauschen vom ADC. Das ist insofern bemerkenswert, als dass der Rauschpegel deutlich runtergeht, wenn man den Eingang wegnimmt -- wodurch es ja eigentlich so klingt, als ob der Rauschpegel durch die Quantisierung kleiner ist. Stimmt aber denke ich gar nicht, weil durch das 50 Hz-Hintergrundgewabbel, was auf dem Signal mit einigen zehn mV Amplitude drauf ist, eine Art "Dithering"-Effekt auftritt. Muss ich mal noch genauer schauen, wahrscheinlich kriegt man das noch deutlich runter durch mehr Vorverstärkung.
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Hier mal ein Spektrum vom ersten Testaufbau des Interferometers. Links ist das Streulicht von den Fringes des grünen Referenzlasers für die Bestimmung der Spiegelposition, rechts das Testsignal aus so einem 50-Cent roten Laser mit 10^5 Dämpfungsfilter davor. Die Integrationszeit ist sowas wie 2 Sekunden bei ein paar mm Verfahrweg.
Hallo Sehr interessanter Artikel, habe sehr viel gelernt. Allerdings habe ich als nicht-Experte eine Frage: Wie kommst du vom Ausgang des TIA auf eine Spektrumsansicht für Licht? Licht liegt ja Frequenzmäßig im THz Bereich, wie kannst du also vom Ausgang des TIA auf die Frequenzanteile schließen? Wird das evtl. am Anfang mit einer bekannten Frequenz "ausgerichtet" oder wie funktioniert das. Um eine Erklärung wäre ich sehr dankbar. mfg
Diodenkurt schrieb: > Wie kommst du vom Ausgang des TIA auf eine Spektrumsansicht für Licht? > Licht liegt ja Frequenzmäßig im THz Bereich, wie kannst du also vom > Ausgang des TIA auf die Frequenzanteile schließen? Man kann das auf sehr verschiedene Art erklären. Auf jeden Fall ist es aber so, dass die Frequenzkonvertierung von dem Michelson-Interferometer vorgenommen wird, nicht von der Elektronik. Die Frequenz, die die Elektronik misst, ist die Rate, mit der sich durch Bewegung des Spiegels die Phasenlage des einen Lichtstrahls relativ zum anderen ändert. Ist das licht monochromatisch rot (zB 630 nm), dann kann man durch Bewegen des Spiegels durch 630 nm / 4 das Ausgangssignal des Interferometers von hell auf dunkel ändern oder umgekehrt. Bewegt man den Spiegel mit konstanter Geschwindigkeit, ergibt sich in der Intensität eine zeitlich periodische Änderung in Abhängigkeit vom Fahrweg des Spiegels. (Das ist im Übrigen gerade die "Wellenzahl", die in der Spektroskopie oft verwendet wird, und in 1/cm gemessen wird). Ich bin übrigens inzwischen auf einen Silicon Photomultiplier gewechselt statt der Photodiode mit TIA. Ich denke, das ist hier die geeignete Messtechnik: Einzelphotonen-Empfindlichkeit mit quasi keinem Rauschen, kompakter Elektronik und super schnell.
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