Hallo allerseits, ich habe eine allgemeine Frage zu Sigma-Delta-Wandlern. Um was geht es? Von einem pixelierten Silizium Photomultiplier (SiPM) sollen Signale von einfallenden Photonen gemessen werden. Allerdings interessiert nicht die Auflösung der einzelnen Signale (Zeit und Intensität), sondern die durchschnittliche Intensität, die in einem Zeitintervall nachgewiesen werden kann (Integration). Ein Sigma-Delta-Wandler scheint für diese Aufgabe geeignet zu sein, da er theoretisch fortlaufend integriert und nicht wie SAR-Wandler eine lange Wandlungsdauer hat, in der viele 'wertvolle' Photonen-Signale unberücksichtigt bleiben. Dies geschieht insbesondere durch den Einsatz von Abtast-Halte-Gliedern und der damit verbundenen Totzeit. Kontinuierliche Integration? Nach längeren Recherchen besteht nach wie vor die Frage im Raum, ob Sigma-Delta-Wandler tatsächlich eine kontinuierliche Integration erlauben oder doch Abtast-Halte-Glieder zum Einsatz kommen. Ein Beispiel hierfür wäre der ADS1281 von TI, in dem explizit auf eine Wandlungszeit hingewiesen wird (ca. halbe Periodendauer --> 50% Verlust von Signalen): http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1281.pdf (S. 18/19) Ein Beispiel, in dem explizit erwähnt wird, dass eine kontinuierliche Integration vorliegt ('dual switched integrator'), ist der DDC232 von TI, der für meine Anwendung jedoch ungeeignet ist. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ads1281.pdf (S. 1) Beim Durchstöbern von Datenblättern von Analog Devices sind mir solche Hinweise bislang nicht aufgefallen und es stellt sich mir die Frage, ob diese Information nicht für wichtig erachtet wird, oder ob andere Hersteller tatsächlich einen kontinuierlichen Integrator bereitstellen. Über Hinweise und Erfahrungsberichte wäre ich sehr froh und bedanke mich im Vorraus, Stephan
Der zweite Link ist leider falsch. Er lautet: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ddc232.pdf MfG, Stephan
Ein Sigma-Delta-Wandler ist, wie du erkannt hast, ein integrierender Wandler, auch der 1. von dir erwähnte. Du solltest dein Signal genauer beschreiben. Sind die Photomultiplier Impulse im us, ns -Bereich lang, dann solltest du diese Signale nicht direkt an einen ADC hängen. Die Taktraten sind im Bereich von MHz die Bandbreite der Eingangsstufe ist wesentlich kleiner. Was sich dann da theoretisch, praktisch als ADC-Ergebnis ergibt möchte ich gar nicht ausprobieren. Warum integrierst du eigentlich nicht sauber analog und gehst dann an einen ADC. Mehr Information über dein Signal (Pulslänge, Pulshöhe, gewünschte Integrationszeit .. ) wären dazu aber schon notwendig. P.S. Dir ist hoffentlich klar, dass der von dir ins Auge gefasste ADS1281 eine extrem hohe Auflösung hat. Um die zu Nutzen muß man einen hohen Aufwand betreiben, dass nicht andere Effekte, wie Rauschen, Temeratur, ... dein Ergebnis verfälschen.
Vor einiger Zeit habe ich mal ein paar Experiment zu Sigma-Delta DA-Wandlern gemacht: http://www.hobby-roboter.de/forum/viewtopic.php?f=5&t=141 Vielleicht hilft es Dir zum Verständnis eines Sigma-Delta-AD-Wandlers.
Dein Signal hat sicher eine recht hohe Frequenz - zumindest viel höher als die Datenrate von S/D-Wandlern! So geht es wahrscheinlich nicht. Würde die Wandlung mit einem schnellen ADC machen (Oversampling!) und die Integrierung in Software machen. Aber es hängt von deinem Signal ab, was/wie man das am Besten macht.
Die Integration über einen längeren Zeitraum hinweg ist, im wahrsten Sinne des Wortes, ein Verlustgeschäft. Irgendwie arbeiten die alle mit einem Kondensator und Bauteilen davor und dahinter. Also verlustbehaftet. Um Werte, über einen wirklich langen Zeitraum hinweg, aufzuintegrieren wirst Du Dir wohl etwas weniger "vergessliches" einfallen lassen müssen. Allerdings hast Du Dich, nicht besonders genau, über den gewünschten Zeitraum, ausgelassen.
Hallo, eine Integration über unendlich lange Zeit ist theoretisch und praktisch nicht machbar, weil das Ergebnis eben unbegrenzt immer grösser wird und irgendwann die maximal darstellbare Zahl überschreitet. Was man machen kann, ist ständig vom Intergrationsergebnis bestimmte Ladungseinheiten zu subtrahieren, so dass die Summe annähernd Null bleibt, und diese Einheiten zu zählen, das ist ähnlich wie bei der Sigma-Delta-Wandlung, nur eben ohne festgelegten Zyklus. Irgendwann läuft aber auch dieser Zähler über. Ich glaube nicht, dass man einen fertigen S/D-Wandler so vergewaltigen kann dass er endlos arbeitet. Gruss Reinhard
Hallo, erst einmal vielen Dank für die vielen und schnellen Antworten! Es ist typischerweise so, dass die zu erwartenden Signale eine Breite von etwa 100 - 130ns aufweisen: http://www.sensl.com/downloads/ds/DS-MiniSM.pdf Somit macht es Sinn, dass das Modul auf eine Bandbreite von 20Mhz beschränkt ist. Es ist jedoch für die Anwendung nicht notwendig jeden einzelnen Puls aufzulösen, sondern eine Integration über alle Pulse in einem Zeitintervall vorzunehmen. Das Zeitintervall kann dabei beispielsweise 10µs betragen (100kSPS). Zur Zeit wird das Problem tatsächlich so gelöst, dass eine Überabtastung mit 100MSPS vorgenommen und dann in Software integriert wird (Vorschlag Alex). Dies bedeutet jedoch einen hohen Hardware-Aufwand mit schneller Digital-Elektronik (FPGA). Bestünde jedoch die Möglichkeit bereits analog zu integrieren, könnte man den Hardware-Aufwand drastisch senken, z.B. Mikrocontroller. Wie beschrieben, habe ich bereits über die analoge Integration nachgedacht (Fritz). Allerdings müsste ein entsprechender Integrator regelmäßig geleert werden, damit er nicht vollläuft (Amateur, Reinhard). Bei einem Sigma-Delta-Wandler wird dies durch Differenzbildung am Eingang vermieden (Reinhard). Ferner sollte der Integrator beim diesem Wandler-Typ so ausgelegt sein, dass im Regelfall bei seiner tatsächlichen Taktfrequenz (Einige MHz) nicht vollläuft. Daher erschien mir ein Sigma-Delta-Wandler eine geeignete Lösung. (Der AD7760 schafft beispielsweise eine Bandbreite von 10MHz) http://www.analog.com/static/imported-files/data_sheets/AD7760.pdf Hat jemand Erfahrung mit analogen Integratoren, der sich in einen Reset-Zustand bringen lässt? Beispielsweise mit einem schaltbaren FET...?! Viele Grüße, Stephan
Schau dir einmal den IVC102 PRECISION SWITCHED INTEGRATOR TRANSIMPEDANCE AMPLIFIER vom Texas Instruments an, möglicherweise ist das das was du suchst.
Hallo Fritz, dieses IC geht schon sehr in die Richtung, was ich suche und konnte nun auch ein weiteres ICs dieser Art finden: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/opa1s2384.pdf Nach weiterem Suchen bin ich auch auf folgendes Dokument gestoßen, bei dem zwei IVC102 zum Einsatz kommen: http://www.ti.com/lit/sg/slyb208a/slyb208a.pdf (S.37) Dies hat mich auf die Idee gebracht, die gesamte Schaltung differenziell zu bauen, um mit 'single suppy' auszukommen. Denn: Signale, die von Photomultipliern stammen (oder Avalanche Phtodioden) sind - wenn nicht invertiert - negativ (auch in meinem Fall). Dies bedingt eine Invertierung des Signals, wenn ich es per ADC (unipolar) aufnehmen will. Durch eine single-ended/differenziell Wandlung (z.B. ADA4739-1) hätte man schließlich differenzielle, positive Signale, die man dann mit zwei IVC102 integrieren könnte (siehe Dokument oben) und schließlich AD wandlen könnte (AD Wandler mit differenziellen Eingang). Glaubt ihr, dass das möglich ist? P.S.: Der IVC102 ist relativ alt, jedoch habe ich bis auf das o.g. IC fast keinen vergleichbaren Typen gefunden Viele Grüße und Danke, Stephan
Hallo, ich glaube meine letzte Frage hat sich gerade selbst beantwortet. Ohne negative Versorgungsspannung wird das Vorhaben nicht gelingen. Viele Grüße, Stephan
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