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
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.
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
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
