Photodiode-Koaxialkabel-Transimpendanzverstärker ?

> Die Photodioden befinden sich jedoch nicht auf der gleichen Platine wie
> der Mikrocontroller der die Geschwindigkeit auswertet, sondern sollen
> mit dieser über ca. 4m lange Koaxialkabel (mit BNC-Buchsen) verbunden
> werden.

> Da jedoch die Opamp`s der zwei Transimpendanzverstärker eine
> Versorgungsspannung benötigten, dachte ich das ich diese getrennt von
> den Photodioden auf die Mikrocontroller-Platine setze.

Keine gute Idee. Die bessere Anordnung wäre Photodiode-TIA-Koaxkabel.

> Haben die parasitären Kapazitäten/Induktivitäten der Kabel sehr negative
> Auswirkungen auf die Funktion/Grenzfrequenz der Schaltung ?

Allerdings.

http://www.electrooptical.net/www/frontends/frontends.pdf

Na Logo. Du musst die entstehende Kapazität dann im Feedback-Pfad 
anpassen. Dadurch sinkt die Grenzfrequenz. Mit viel Licht und kleiner 
Transimpedanz ist es aber nicht schlimm. Ich würde nur alle Kabel gleich 
lang machen.

ArnoR schrieb:
> Keine gute Idee. Die bessere Anordnung wäre Photodiode-TIA-Koaxkabel.

Danke, das ist mir schon klar. Die ästhetisch schönere und praktischere 
Lösung für mich, wäre jedoch nur 2 Koaxialkabel zur Lichtschranke führen 
zu müssen.

sieman's schrieb:
> Du musst die entstehende Kapazität dann im Feedback-Pfad
> anpassen. Dadurch sinkt die Grenzfrequenz. Mit viel Licht und kleiner
> Transimpedanz ist es aber nicht schlimm.

Also reicht es, die Kapazität des Koaxialkabels zu der 
Sperrschichtkapazität, der Photodiode zu addieren, wenn ich die 
Kompensationskapazität berechne ?
Da die beiden Photodioden direkt mit Laserdioden "beleuchtet" werden 
sollte die Helligkeit hoch genug sein.


sieman's schrieb:
> Ich würde nur alle Kabel gleich
> lang machen.

Selbstverständlich sind die Kabel zur Vermeidung von Laufzeitdifferenzen 
gleich lang.

Schallgeschwindigkeit: 330 m/s.

Lichtschranken mit 1 m Abstand:
t = 1 m / (330 m/s) = 0,00303 s = 3030 µs

0,1 % Auflösung (evtl. auch Genauigkeit) bedeutet,
dass die Reaktionszeit beider Sensoren sich nicht
um mehr als 3 µs unterscheiden darf.

Sind beide (samt Anschlusskabel) gleich aufgebaut,
ist das kein großes Problem.

Dann kommt es eher drauf an, dass beide
Sensoren auch die gleiche Lichtänderung "sehen".

Hallo,

>> Keine gute Idee. Die bessere Anordnung wäre Photodiode-TIA-Koaxkabel.
>
> Danke, das ist mir schon klar. Die ästhetisch schönere und praktischere
> Lösung für mich, wäre jedoch nur 2 Koaxialkabel zur Lichtschranke führen
> zu müssen.
Ich kann dir beim Prototypenbau nur raten, mit einer Lösung anzufangen, 
die garantiert funktioniert und erst später im Hinblick auf Dinge wie 
Kosten und Ästhetik zu optimieren. Erst die Pflicht, dann die Kür.

Konkret auf Dein Problem bezogen denke ich, daß der Aufbau 
"Photodiode-TIA-Kabel" dem Aufbau "Photodiode-Kabel-TIA" deutlich 
überlegen ist.

Wie wäre es, wenn Du statt zweier getrennter Koaxialkabel mehradrige 
Kabel verwendest. Ich denke dabei an Twisted-Pair-Leitungen (z. B. 
6-adrige Telefonkabel oder 8-adrige Netzwerkkabel). Dann mußt Du nur ein 
einziges Kabel verwenden, hast aber ausreichend viele Leitungen für 
Spannungsversorgung u. ä.


Viele Grüße
Michael

Helmut S. schrieb:
> Wie hoch ist dein Transimpedanz-Widerstand? 10kOhm?

Ich dachte so an den Bereich um 100k.


Falk Brunner schrieb:
> Du hast Probleme.

Du anscheinend auch ;)
Da die Zeitmessung modular und transportabel aufgebaut (mit Batterien 
betrieben) werden soll, versuche ich so wenig Kabel wie möglich zu den 
einzelnen Modulen (Steuer-Modul, Lichtschranke, Kurzzeitblitzgerät, 
Hochgeschwindigkeitskamera,) zu legen.

Falk Brunner schrieb:
> In erster Näherung ja. Aber das wird alles andere als lustig, bei
> 100pF/m.

Danke, falls es nicht klappt, wird mir eh nichts anderes übrig beleiben, 
als den Transimpendanzwandler direkt zur Photodiode zu setzt.

Falk Brunner schrieb:
> Da muss man schon verdammt viel Kabel legen, um die oben berechneten 3µs
> Laufzeit hinzukriegen, das sind um die 600m ;-)
> Erst rechnen, dann reden.

Wenn wir schon genau sind... ;)
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit in Leitungen beträgt nur ca 70-50% der 
Lichtgeschwindigkeit. Im Worst-Case (Bei 50%) wären das also nur etwa 
450m. :P

Wieder Ernst:
Aber du hast warsch. recht damit, dass die Laufzeituntschiede bei dieser 
Anwendung noch zu vernachlässigen sind, und eher die unterschiedlichen 
Kapazitäten/Induktivitäten eine Rolle spielen.

Vielen Dank, Helmut S. und Michael Lenz (und auch allen Anderen) für die 
spitzen Beiträge!!

Ein Problem das ich noch nicht erwähnt habe ist, dass die Objekte die 
gemessen werden sollen, eventuell auch mit einer oder mehreren Spulen 
(induktiver Beschleuniger) beschleunigt werden. Der durch die Spulen 
erzeugte elektromagnetische Impuls induziert in die Leitungen der 
Umgebung eine Spannung die der µC als High interpretieren könnte (oder 
Interrupts auslöst).

Darum sollte nach Möglichkeit alles möglichst gut geschirmt sein (im 
Notfall können auch noch Differenzverstärker am Eingang verbaut werden).

Leider stehe ich etwas unter Zeitdruck, deshalb sollte alles möglichst 
beim ersten Mal funktionieren, da langes experimentieren leider nicht 
möglich ist.

Mit sehr freundlichen Grüßen,

Benjamin W.

Falk Brunner schrieb:
> Wenn der Herr denn die Güte haben würde, und mal WIRKLICH nachdenken und
> rechnen würde, wäre Ihm aufgefallen, dass 600 Kabel nur dann 3µs
> Laufzeit ergeben, wenn man mit 5ns/m rechnet, was ca. 0,66 als
> Verkürzungsfaktor ergibt.

Und wenn du in der Lage wärst den Inhalt richtig zu interpretieren, dann 
hättest du bemerkt, dass ich nur erwähnt habe, dass im Wost-Case schon 
450m für 3µs Laufzeitunterschied ausreichen, und nicht dass du mit der 
Ausbreitungsgeschwindigkeit im Vakuum gerechnet hast... Und vll. auch, 
dass ich keine Coilgun, Wirbelstrom-Kanone, etc baue, sondern nur 
(möglicherweise) die Geschwindigkeit derer Projektile messe.

Und da, die Methode(ja ich weiß, Sie ist vom technischen Standpunkt aus 
nicht die Beste) laut der Simulation funktioniert, werde ich es so 
bauen.

MfG

Harald Wilhelms schrieb:
> Aber wenn Du es liebst, Deine
> Arbeit doppelt zu machen...

Ich liebe es natürlich nicht. Darum frage ich ja hier im Forum, ob es so 
funktioniert. Nun sagen die Einen jedoch ja und die Anderen nein. Wenn 
ihr (Harald Wilhelms, Falk Brunner, ...) jedoch sicher seid, dass es so 
nicht funktioniert wird, dann werde ich den TIA wohl doch zur Photodiode 
setzen. Es wäre nur schade, wenn ich auch einfacher zum Ziel kommen 
würde...

MfG

Benjamin W.

Ich hab ja wenig Erfahrung mit Analogelektronik und gleich gar keine mit 
schneller Analogelektronik, aber wenn ich mir überlege, dass da etwas 
Railgun-artiges neben Photodioden im Betrieb sein soll, kommt mir das 
recht ambitioniert vor.

Ich würde versuchen, die Photodioden zusammen mit der Auswerteelektronik 
in ein geschirmtes Gehäuse zu setzen und die Lichtschranken über 
Lichtleiter, die nicht EMP-empfindlich sind, anzuschließen.

Was meint Ihr?

Grüße,
  Stefan

Harald Wilhelms schrieb:
> Ein Koaxkabel ist dann
> nicht mehr nötig.

Ich würde dann gleich ein mehrfach geschirmtes Ethernet-Kabel verwenden, 
die verdrillten Paare dürften optimal geschützt sein und man kann es 
fertig konfektioniert überall kaufen. Mit einem Splitter kann man dann 
die beiden "Head Amplifier"* in 1 m Abstand mit einem gemeinsamen Kabel 
anschliessen.

* Die heissen traditionell so, weil sie am besten ganz dicht am 
Messpumkt angeschlossen werden.

Gruss Reinhard

Wie währe es wenn der Laser direkt auf einen 1mm Kunststoff-LWL strahlt? 
Die Fotodioden und Transimpendanzverstärker befinden sich dann auf der 
gleichen Platine wie der Mikrocontroller.

Man könnte auch die Photodioden auf die µC Platine mit den TIAs zusammen 
setzen. Und den/die Laser mit 4m LWL einkoppeln.

Mit einem 100k Feedback Widerstand ist die Geschwindigkeit schon im Bach 
unten.

>Auch mit 100kOhm und Koaxialkabel sieht es noch machbar aus.

Genau.

Übrigens gibt es auch Photodioden mit integriertem TIA bzw. TIAs mit 
integrierter Photodiode...