Hallo zusammen, ich versuche mich gerade an einer Schaltung, die kleinste Absorptionsänderungen eines Infrarotsignals aus einer IR-LED in einer Silizium-Photodiode messen soll. Die LED soll sinusmoduliert werden und stabilisiert (das signal darf möglichst wenig driften), damit es, nachdem es durch eine Probe gegangen ist, in einem Lock-In-Amplifier wieder demoduliert werden kann. Der LED-Treiber soll bestenfalls im "Gain" verstellbar sein (es gibt da ja so 7bit 128 stufen treiber), damit man die helligkeit anpassen kann. Außerdem überlege ich mir, mehrere quellen (die aber nacheinander angesteuert werden sollen) einzubauen. Die sollten dann ge"time-multiplexed" werden. Nun bin ich auf der Suche nach Inspirationen was die Bauteilauswahl angeht, denn da habe ich bisher diskret noch nichts: Habt ihr Ideen oder Empfehlungen, welche konkreten Bauteile sich da als nützlich erweisen könnten? Also: Sinuserzeuger, LED-Treiber, Multiplexer/Switch, Lock-In-Amp? Ich habe darüber hinaus noch nicht ganz klar, wie ich folgendes Problem löse: von hinten nach vorne: sagen wir 4 LEDs, die bestenfalls über den gleichen Treiber/Sinusgeber über den multiplexer bestromt werden werden - aber das ohne, dass der multiplexer da zu einem verbraucher wird! Am besten wären wohl analog-switches mit möglichst geringer Impedanz oder? Rahmenbedingungen für das vorhaben: Möglichst klein/kompakt (SMD bevorzugt), low-energy und low-noise. Die LEDs habe ich mir bereits ausgesucht (wohl Epitex L760/850er), SiPDs habe ich auch einige im Auge, die ansteuerung und die Elemente drum rum sind also grad thema. Für jede hilfe oder Bauteilempfehlung bin ich dankbar! Viele Grüße Alex
Und was soll der Lock-in dabei ? Das Umgebungslicht draussen halten. Geht, ist aber noch kein Garant fuer eine gute Messung. Man koennte gleichzeitig eine Referenzstrecke sampeln... Meines Erachtens bringt Sinus nichts. Die Muehe wuerde ich mir schenken, und mit Rechteck arbeiten
Einen Lock-in kann man mit einem analogschalter bauen. Speziell wenn man mit Verstaerkung Eins zufrieden ist.
Der Lock-In verbessert das SNR durch draußenhalten des Umgebungslichts - ja. Zusätzlich soll es in den Pausen auch eine Dunkelstrommessung geben die man danach noch abziehen kann von der baseline. Ich bin bisher ja der Meinung gewesen, dass sinus den vorteil hat, dass man keine höheren harmonischen mit drin hat. Auch wieder eine SNR frage. Aber: Selbst wenn binärer-Schalter-Lock-In: Welchen (SMD) baustein nehmen?
Welche Oberwellen denn? Die der Hackfrequenz. Was sollen die in diesem Fall den machen? Die Zeitkonstante der Messung ist ja eh Null. Ich wuerde eine Dunkelmessung plus eine Referenzmessung zusaetzlich zur Absorptionsmessung machen. Als Schalter, irgendeinen Analogschalter, der Sinn macht. Er muss die Bandbreite und den dynamischen Bereich bringen. Von welcher Hackfrequenz reden wir denn ? 10kHz ?
Einige kHz, eher unter 10, angedacht waren 2kHz. мальеикий тролл schrieb: > Speziell wenn man > mit Verstaerkung Eins zufrieden ist. weiß noch nicht ob ich das bin! ich nehme wahscheinlich eine SiPD mit integriertem transimpedanzverstärker - will das ganze trotzdem noch weiter verstärken, angedacht war ein PGA. WENN ich nen PGA nehme ginge natürlich auch G=1 für den Lock in, aber <1 wäre trotzdem nich verkehrt. Verstehe ich dich richtig: Du würdest auf Lock-In verzichten, weil Dunkel- +Referenzmessung ausreicht? Ich bin da noch nicht so sicher, ich habe in der Literatur mehrheitlich anwendungen gefunden die Lock-In verstärkung nutzen und dann evtl zusätzlich TDM machen, so wie ich auch vorhabe...
Wenn du Absorptionsmessungen machst, hast du i.d.R. genügend Lichtintensität (sonst ist deine Suppe/Schicht zu dick). Wichtig ist ein sauberer Referenzwert, da du die Differenz gegen dein Io auswerten mußt. Den Photostrom würde ich über TIA, Bandpaßfilter und Synchrongleichrichter mit nachfolgendem TP aufbereiten.
Hallo Michael, danke für deinen Tip mit dem Photostrom. Die Lichtintensität, die ankommt ist zwar ausreichend, messen will ich aber die Änderungen und die liegen bei ca. 1% des DC werts der ankommt, sind also dementsprechend klein.
Hallo, beim kurzen überfliegen nur ein paar eminer Gedanken: Mehrstufiger TIA für das Diodensignal geht natürlich, pro Stufe gibt das aber immer mehr Rauschen, also soweit möglich ( also falls dein Signal groß genug ist und langsam genug ) nimm eine Stufe und verstärk die schon ausreichend. Ansonsten sind die restlichen Anforderungen ja erstmal sehr frei, und ich würde dann immer mal mit dem einfachsten beginnen, also ohne lock in, hächstens noch Dunkelstromabzug usw.. Grüße
Hallo Stefan, danke für deine Einschätzung! So wie es für mich in diversen Papers aussah ist eine Lock-In Detection für die Anwendung wahrscheinlich unverzichtbar. Das signal ändert sich zwar langsam (Samplen mit wenigen Herz reicht), ist aber wie gesagt sehr klein gegenüber dem DC offset und Rauschen. Ich würde auf den Lock In auch lieber verzichten (ich habe keine Erfahrung damit bisher), glaube aber dass ich nicht drum rum komme. Nun gibt es ziemlich viele PLLs zu kaufen- und ich bräuchte eigentlich "nur" einen speziefischen PLL-Amp der aus einer referenzfrequenz und eingangssignal und evtl einem Gain-Resistor eine schöne PLL-Verstärkung macht, möglichst ohne viel außenbeschaltung... noch steige ich aber nicht durch was das richtige sein könnte..
da die Lock-In Geschichte wahrscheinlich besser ins Analaog-Forum passt und ich hier schwerpunktmäßig ja auch noch andere Fragen hatte (und die Lock-In Frage besser formulieren wollte) habe ich das ganze Thema mal hier gestellt/verschoben: Beitrag "Lock-In / PLL mit Lichtsignal" Gerne natürlich trotzdem auch hier Anhaltspunkte!! Vielen Dank Alex
Offen bliebe hier also noch die Suche nach Bauteilen - Empfehlungen? z.B. LED-Treiber mit 1 oder 8 Channeln, programmierbare Stromstärke (>=4 Bit) und im Falle von 8 Channeln einzeln ansprechbarer LED-Rail. Im Prinzip so etwas wie der TLC5923 http://www.ti.com/lit/ds/slvs550b/slvs550b.pdf nur mit 8 statt 16 Channeln. Und (wahrscheinlich gibts das nicht): parallel ansteuerbar statt seriell/I²C Überlegung momentan: Verwendung vom MX7228 mit 8 stabilisierungscircuits am ausgang... noch nicht optimal http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/M/X/7/2/MX7228TQ.shtml
LED wuerde ich mit Seriewiderstand und FET hart schalten, dh eine Lichtstaerke. Ansonsten muesste man ja schon ueber eine gesteuerte Stromquelle gehen.
мальеикий тролл schrieb: > Ansonsten muesste man ja schon ueber eine gesteuerte > Stromquelle gehen ja ich weiß, viel auf einmal gewollt. Es gibt ja einige LED-Treiberbausteine deren stromstärke man programmieren kann, an so etwas hatte ich gedacht. Grund: Die Schaltung soll sich selbst kalibrieren können - wenn die LED zu dunkel ist (zu geringe Intensität an der Photodiode): Hochdrehen. Von vorneherein aber nicht die höchste stufe fest verdrahtet, weil wärmeentwicklung minimiert werden soll... Zu viel vorgenommen?
Ok, dazu meine Ideen. Konstantstromquellen lassen sich ja relativ einfach mit ein wenig Erfahrung selber bauen, je nachdem wieviel Strom gefordert wird. Einfachste bei mir im Einsatz, Opamp und dahinter ein Bipolar-Transistor oder Mosfet, kann man hier auch suchen nach der Schaltung, das geht aus dem Bauch heraus bis 50mA ohne großen Aufwand ( ich betreibe es mit 10 - 20 mA und achte auf keinerlei Kühlung etc ). Hier kann man die Lichtintensität über eine Analoge Spannung am positiven Eingang des OpAmps einstellen, also auch regeln. Ich weiss nicht was du für die Regelung zur Verfügung hast, einen µC? ADC? DAC? Wer regelt was und wie? ich denke auch eine PWM wäre wahrscheinlich erstmal der einfachste Ansatz, die kann man ja eigentlich immer irgendwie erzeugen ( ich habe es selber bisher nur mit einem µC erzeugt,a lso keine Fragen zu NE555 etc ) LM3404 ist ein Konstantstromtreiber der einen DIm- also PWM eingang besitzt. Den benutze ich serh häufg, ist einfach zu berechnen und funktioniert prima, zumindest bei mir bis zu 1A Diodenstrom und 15 V Ausgangsspannung, kann aber auch ein wenig mehr. Grüße.
Mir leuchte nicht ein weshalb sich die LED Helligkeit selbst einstellen soll. Eine Absorptionsmessung benoetigt ja eh eine Referenz. Und dann ist die Absorption das Verhaeltnis der Beiden. Und woher nimmt man die Referenz ? Genau. einen Strahlteiler. zB ein Teilerprisma. Auch ein Faktor 2, 5, 10, 20, 100 der Intensitaet gegenueber am Anfang ist egal, solange man nicht an eine nichtlineare Saettingungsgrenze oder ans Rauschen stoesst. Eine Anforderung war doch moeglichst klein und kompakt. Also lass den Sinus und Helligkeitseinstellungen weg.
Hallo Stefan, danke für deine Antwort! :) stefan schmitt schrieb: > Ich weiss nicht was du für die Regelung zur Verfügung hast, einen µC? > ADC? DAC? Wer regelt was und wie? Wird ein µC! stefan schmitt schrieb: > ich denke auch eine PWM wäre wahrscheinlich erstmal der einfachste > Ansatz, PWM werde ich nicht machen (können), weil das LED signal ohnehin noch gechopped wird für eine Lock-In Verstärkung.. @ мальеикий тролл: zwei sachen: 1: Auf den Sinus verzichte ich, habe ich inzwischen sogar verstanden (vorher versucht zu glauben ;)) - wird also Rechteck. Danke! Da gibt es noch eine Frage zu, die schreib ich aber in den anderen Thread, wo es um den Lock-in geht 2: Dass du das mit der helligkeitseinstellung nicht verstehen kannst ist klar, weil ich nicht alle infos zum aufbau hier hineingeschrieben habe um die sache übersichtlich zu halten. Der die Messung wird eine 2-wellenlängen-messung, bei der man über die intensität beider mit dem modifizierten beer-lambert gesetz eine ÄNDERUNG (nicht den absolutwert) in den absorptionen der wellenlängen berechnen kann. Es gibt also keine Referenzmessung / Prisma etc. Der aufbau soll aber möglichst adaptiv auf verschiedene absorptionsstärken reagieren können, dafür brauchts dann die einstellbare stromstärke. Grüße Alex
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