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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Photodiodenstrom verstärken und AD wandeln


Autor: Samuel R. (moeb1us)
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Hi,
ich möchte den Strom einer Photodiode verstärken, in eine Spannung 
umwandeln und dann in ein digitales Signal umwandeln.

Für die Verstärkung hatte ich folgendes Board gefunden:

http://de.farnell.com/twlux/tw-mf2cab/verstaerkerb...

Diese Spannung will ich nun mit einem 16 Bit AD Wandler in ein digitales 
Signal umwandeln.

Soweit so gut.
Ich finde jetzt aber schon mal keinen passenden AD Wandler. Wie gesagt 
16 Bit sollte er können. Hättet ihr da einen für mich?

Und kann ich einen 16 Bit AD Wandler mit einem 8 Bit Mikrokontroller 
betrieben? (Ist wahrscheinlich ne dumme Frage, ich blick das nur nicht)

Ich habe dann noch Probleme mit der Spannungsanpassung, ohne passenden 
Wandler kann ich da aber noch keine Fragen stellen.

Mfg Moeb1us

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Samuel Müller (moeb1us)

>ich möchte den Strom einer Photodiode verstärken, in eine Spannung
>umwandeln und dann in ein digitales Signal umwandeln.

Welche Photodiode, welcher Strom, wie schnell?

Siehe Netiquette.

>Für die Verstärkung hatte ich folgendes Board gefunden:

>http://de.farnell.com/twlux/tw-mf2cab/verstaerkerb...

WOW! Das ist mal ne Geschäftsidee. 0815 IC für zusammen mal 3 Euro für 
107 EURO verticken!

>Diese Spannung will ich nun mit einem 16 Bit AD Wandler in ein digitales
>Signal umwandeln.

Das wollen viele. Sind sich aber nicht im leiseten bewusst, was das 
wirklich heißt.
Das heißt, eine SEHR gute Schaltung zu haben, welche SEHR wenig 
Störungen generiert.
Von Drift, Offset etc. mal ganz zu schweigen.

>Ich finde jetzt aber schon mal keinen passenden AD Wandler.

Schon in eine so frühen Projektphase festgefahren? Das sieht nicht gut 
aus.

>Wie gesagt 16 Bit sollte er können. Hättet ihr da einen für mich?

Millionen verschiedener Typen. Schnell, langsam, klein, billig, teuer, 
whatever.

>Und kann ich einen 16 Bit AD Wandler mit einem 8 Bit Mikrokontroller
>betrieben? (Ist wahrscheinlich ne dumme Frage, ich blick das nur nicht)

In der Tat, eine dumme Frage.

>Ich habe dann noch Probleme mit der Spannungsanpassung,

Ich glaub nicht nur damit. ;-)

> ohne passenden Wandler kann ich da aber noch keine Fragen stellen.

Sag uns lieber was du insgesamt machen willst, dann kann man dir helfen.

MFG
Falk

Autor: Pho (Gast)
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Wie Falk schon sagte: das Board ist das Geld nicht wert. Das sind 2 
(alte) OPVs für 20Cent drauf.
Der Rest ist deswegen da, um diese OPVs mit positiver und negativer 
Spannung zu versorgen.

Nimm lieber einen guten OPV der mit 5V arbeitet. Und investiere die 
2Euro, die der kostet. Dann brauchst Du den ganzen Schnickschnack nicht.

Bei 16Bit ADCs kann ich dir die seriellen Typen von TI empfehlen.
Aber bei 16Bit muss auch die Schaltung und das Layout top sein.

Wenn Du nur eine hohe Dynamik brauchst und sowohl sehr geringe, als auch 
große Helligkeiten messen willst, dann gäbe es noch einen anderen Weg, 
der wahrscheinlich einfacher ist:

Bau einen Transimpedanzverstärker mit geringer Verstärkung für helles 
Licht . Geh damit auf den ADC Eingang 1 deines Mikrocontrollers.
Bau danach einen zusätzlichen Verstärker für schwache Lichtsignale und 
geh damit auf den ADC Eingang 2. Du kannst beide ADC Werte dann 
verknurpseln und hast am Schluss ein Signal, dass möglicherweise noch 
eine höhere Dynamik hat, als die des 16Bit Wandlers.

Schau auch mal hier:
Beitrag "Transimpedanzverstärker/Fotodiode Verständniss Fragen"

Autor: aha (Gast)
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Das Board mag teuer sein, aber vermutlich tut es was es soll. Und das 
wird mit der selbstgestrickten Schaltung schnell mal schwierig. Wie 
viele schwingende Photodiodenverstärker ich in meinem Leben schon 
gesehen habe...
Aber erstmal müsste man wissen, was Du machen willst.

Autor: Thomas Müller (thomas1123) Benutzerseite
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bei TI / BurrBrown gibt es den OPT101 und den OPT301M beides sind 
Fotodioden mit integriertem Verstärker. Für die beiden gibt es 
wunderbare datenblätter inklusive Beispielschaltungen und alles super 
erklärt.

Dann kann ich noch empfehlern mal nach folgenden PDFs auf der TI 
homepage zu schauen:
HANDBOOK OF OPERATIONAL AMPLIFIER APPLICATIONS
PHOTODIODE MONITORING WITH OP AMPS <-- is ne appNote von BurrBrown
Tame Photodiodes with OP-Amp Bootstrap <-- is auch ne appNote von 
BurrBrown


Des Weiteren würde ich an Deiner Stelle mal den Vorschlag von Pho weiter 
verfolgen. Oder Du verrätst uns halt wirklich mal was Du vor hast.

Autor: Samuel R. (moeb1us)
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Danke für all die Antworten!

Erstmal nochmal dazu was ich machen möchte:

Ich strahle mit einem Laser auf ein Objekt. Von diesem wird wieder Licht 
emittiert. Dieses Licht detektiere ich dann. Dabei tritt natürlich eine 
große Dynamik auf. Es werden also Lichtintensitäten von verschiedensten 
Größenordnungen emmitiert.

>bei TI / BurrBrown gibt es den OPT101 und den OPT301M beides sind
>Fotodioden mit integriertem Verstärker.

Der OPT301M ist mir zu teuer. Da kann ich gleich das Board nehmen. Der 
OPT101 ist da schon interessanter. Hier versteh ich nur eines nicht. 
Bezieht sich die Angabe des Ruhestromes nur auf die Photodiode oder auf 
die ganze Schaltung?

Ansonsten stimme ich Pho ebenso zu. Es wäre sicher gut verschiedene 
Verstärkungen aufzunehmen und daraus dann ein Signal zu berechnen. 
Hierzu habe ich mir einen Operationsverstärker herausgesucht:

LMC6062

Was haltet ihr von dem? Die geringe Slew Rate ist für meine Zwecke egal, 
ich habe keine zeitlich veränderlichen Signale.

Autor: Thomas Müller (thomas1123) Benutzerseite
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Der OP sieht so weit gut aus, aber Du weisst schon dass Du schaltungs- 
und Designtechnich deine Hausaufgaben Sehr gut machen musst um die 
Vorzüge des OP ausspielen zu können. Da währe es z.B. wesentlich 
einfacher eine Photodiode zu verwenden, welche den OP schon direkt auf 
dem Die hat.

Ja ich weiss die OPT302M ist verdammt teuer aber auch verdammt gut um 
sehr schwache Signale aus zu werten. mich will jetzt nicht Lügen aber 
ich glaube Verstärkung grösser 100M sind gut möglich damit.

Aber was genau möchtest Du mit dem reflektierten Signal auswerten?
Möchtest Du feststellen ob vor deinen Aufbau irgend ein Gegenstand 
vorhanden ist oder willst Du anhand der Reflektion feststellen welcher 
Gegenstand / welches Material das ist?

Wegen dem Ruhestrom habe ich auch keine Ahnung.

mfg
Thomas

Autor: Samuel R. (moeb1us)
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>Der OP sieht so weit gut aus, aber Du weisst schon dass Du schaltungs-
>und Designtechnich deine Hausaufgaben Sehr gut machen musst um die
>Vorzüge des OP ausspielen zu können.

Ich habe mich jetzt vorerst mal für den OPT101 entschieden. Er  ist 
relativ billig und hat laut Datenblatt gute Werte.

Mal sehen was da rauskommt. Vielleicht kaufe ich später noch den 
OPT301M.

>Aber was genau möchtest Du mit dem reflektierten Signal auswerten?

Ich möchte eine reine Intensitätsmessung machen. Dabei variiere ich den 
Ort der Messung, messe die Intensität und "gehe" an eine andere 
Position...

Autor: Pho (Gast)
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<nursoeingedanke>

Könnte man den Verstärker auch irgendwie logarithmisch ausführen ? Mit 
Diodenkennliene in der Rückführung und so - dann hätte man auch mit dem 
10Bit ADC eine sehr hohe Dynamik.

</nursoeingedanke>

Autor: Reinhard Kern (Gast)
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Pho schrieb:
> <nursoeingedanke>
>
> Könnte man den Verstärker auch irgendwie logarithmisch ausführen ? Mit
> Diodenkennliene in der Rückführung und so - dann hätte man auch mit dem
> 10Bit ADC eine sehr hohe Dynamik.
>
> </nursoeingedanke>

Hallo,

was immer du einbaust, logarithmisch oder umschaltbar (ich schalte 
lieber die Verstärkung um), muss genauer sein als 10 bit ~ 0,1 %. Ein so 
genauer logarithmischer Verstärker dürfte schwierig zu verwirklichen 
sein, wenn überhaupt.

Ich schalte bei mir die Verstärkung des 1. OPVs (der an der Photodiode) 
um den Faktor 8 um, ist natürlich auch haarig.

Gruss Reinhard

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