Hallo, Ich baue gerade eine Verstärkerschaltung für einen Avalanche-Diodenarray. Der Photostrom der Diode soll mit einem Transimpedanzverstärker(opa657) verstärkt werden(bis 10MHz). Gerade eben, teste ich die Platine (ein Gehäuse zum Schutz vor Störsignalen ist bereits vorhanden). Das Problem ist nun folgendes: Beim Einschalten der Spannungsversorgung der Operationsverstärker(+/- 5V) erhalte ich ein 100MHz-Signal am Oszilloskop(für den Ausgang des Operationsverstärkers(SMB STecker an oszolloskop angeschlossen)). Kann mir hier jemand weiterhelfen? Woher kann diese Frequenz kommen? Ist die Beschaltung des Opertionsverstärkers richtig? Ich habe den Schaltplan(und Platine[Vorder -und Rückseite]), eine Beispielsbeschaltung des Operationsverstärkers(opa657) und Anwendungshinweise zu dem Diodensensor angehängt. Freu mich auf hilfreiche Tipps. Danke.
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Soferne die APDs keine optischen Signale empfangen: Offensichtlich schwingen die OpAmps. Das Layout ist mMn OK. Aber die Zenerdioden erhöhen natürlich die Kapazität am Eingangsknoten. Hast du das Feedback-Netzwerk entsprechend angepasst? Was sind denn die Werte von bspw. R4 und C4?
Benjamin L. schrieb: > Woher kann diese Frequenz kommen Generelle Erfahrung: HF-OpAmps schwingen mit Begeisterung bei kapazitiver Belastung. Ich hatte mal bei einem Videoverstärker den Hinweis im Datenblatt übersehen, dass um den OpAmp herum KEINE Massefläche verlegt werden darf, weil die Kapazität zwischen dieser und den Widerständen den OpAmp zum Schwingen bringt - und das ist ja nicht gerade viel an Kapazität. Es ist aber schwierig, einen Tipp zur Abhilfe zu geben. Interessant wäre auch, ob die Schwingung auftritt, wenn kein Oszi angeschlossen ist. Georg
Georg schrieb: > > Es ist aber schwierig, einen Tipp zur Abhilfe zu geben. Interessant wäre > auch, ob die Schwingung auftritt, wenn kein Oszi angeschlossen ist. Das ist hier wohl nicht das Problem. Benjamin hat das ja völlig korrekt als 50Ohm-System ausgelegt - also wohl auch beim Kabel und Oszilloskopeingang 50Ohm gewählt. (Und selbst wenn nicht: die 50Ohm am Ausgang entkoppeln eine ev. Tastkopfkapazität ausreichend.)
Diesen schwarzen leitfähigen Schaumstoff, mit denen die ICs verpackt sind mit in die Kammer legen? (Nicht meckern - probieren, bitte) StromTuner
Axel R. schrieb: > Diesen schwarzen leitfähigen Schaumstoff... Kann gut helfen, diverse weitere Absorber-Materialien dieser Art siehe auch Firma Eccosorb
John Drake schrieb: >Soferne die APDs keine optischen Signale empfangen: >Offensichtlich schwingen die OpAmps. Das Layout ist mMn OK. Aber die >Zenerdioden erhöhen natürlich die Kapazität am Eingangsknoten. Hast du >das Feedback-Netzwerk entsprechend angepasst? Was sind denn die Werte >von bspw. R4 und C4? Das Feedack ist: C4= 0,4pF R4= 82 kOhm Ist das deiner Meinung nach okay? Danke!
400 fF? Klingt sehr wenig. Hast du mal was größeres probiert (22 pF)?
Die Stromversorgungs-Kette der OPs ist ungünstig. Belastungs- schwankungen eines OPs "ziehen" mit an der Versorgung der anderen. Man denke im Sinne von HF dass die Kette eine An- einanderreihung von Induktivitäten darstellt wo die Stabilisierung der Stromversorgungs-Quelle nicht mehr gut ausregeln kann. Das kann schon mal eine Mitkopplung verursachen. Eine Netz- oder Sternstruktur der Stromversorgung wäre besser.
Sven B. schrieb: > 400 fF? Klingt sehr wenig. Hast du mal was größeres probiert (22 pF)? Nein, bisher noch nicht.
Femtofarad? Wie realisierst du das? Deine parasitären Kapazitäten sind doch schon im Pikofaradbereich.
Wie erfolgt denn bei der Leiterplatte überhaupt die Masseführung? Handelt es sich dabei nur eine Flutung der freien Flächen mit Masseflächen oder um eine Multilayerplatine? Warum befinden sich dann keine Durchkontaktierungen in unmittelbarer Nähe der GND-Anschlüsse der Abblockondensatoren sowie der nichtinvertierenden OP-Eingänge? Sind die Bohrlöcher für die SMB- und BNC-Buchsen wirklich große genug? Oder hast Du sie noch aufbohren müssen, wobei die Kupferhülsen und damit die Verbindung zu den Innenlagen verlorengegangen sind?
Benjamin L. schrieb: > > Das Feedack ist: > C4= 0,4pF > R4= 82 kOhm > > Ist das deiner Meinung nach okay? Nein. Bei 200k und 50pF am Eingang hat TI 0,55pF ausgerechnet. Bei 82k (und 50pF) müsste Cf größer werden.
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Andreas S. schrieb: > Wie erfolgt denn bei der Leiterplatte überhaupt die Masseführung? > > Handelt es sich dabei nur eine Flutung der freien Flächen mit > Masseflächen oder um eine Multilayerplatine? > > Warum befinden sich dann keine Durchkontaktierungen in unmittelbarer > Nähe der GND-Anschlüsse der Abblockondensatoren sowie der > nichtinvertierenden OP-Eingänge? > > Sind die Bohrlöcher für die SMB- und BNC-Buchsen wirklich große genug? > Oder hast Du sie noch aufbohren müssen, wobei die Kupferhülsen und damit > die Verbindung zu den Innenlagen verlorengegangen sind? Hallo, hier sind die Daten der Leiterplatte, die von Ätzwerk gefertigt wurde: Typ Einzelleiterplatte Abmessungen 100*80mm Min. Designstruktur 125µm Min. Bohrung 0,3mm Material FR4 Lagenanzahl 2 Kupfer 35µm Oberfläche Chemisch Gold Viaabdeckung geöffnet Lötstoppmaske TOP+BOT Positionsdruck nein Habe auch Snapshots zu der Massebelegung angehängt und ein Fotot der Rückseite. Beide Flächen sind Masse-geflutet. Die Bohrlöcher sind groß genug, es musste nicht nachgebohrt werden. Hast du Verbesserungsvorschläge?
John D. schrieb: > Benjamin L. schrieb: >> >> Das Feedack ist: >> C4= 0,4pF >> R4= 82 kOhm >> >> Ist das deiner Meinung nach okay? > > Nein. Bei 200k und 50pF am Eingang hat TI 0,55pF ausgerechnet. Bei 82k > (und 50pF) müsste Cf größer werden. Ich verstehe deine Rechnung leider nicht. Kannst du sie genauer ausführen? Danke.
Oha, Du hast ja eine riesigen Resonator gebaut! Schaue Dir doch einfach einmal die entsprechenden Strompfade für die Stromversorgung jedes OPs an.
Andreas S. schrieb: > Oha, Du hast ja eine riesigen Resonator gebaut! Schaue Dir doch einfach > einmal die entsprechenden Strompfade für die Stromversorgung jedes OPs > an. Danke. Ist meine erste Platine die ich designe. Könntets du mir den Fehler bitte etwas genauer erklären?
Benjamin L. schrieb: > > Ich verstehe deine Rechnung leider nicht. Kannst du sie genauer > ausführen? > Danke. Ich kann in der Arbeit jetzt nicht die Gleichung für einen TIA aufstellen. Aber: mit R_FB//C_FB, C_D (APD + Zenerdiode!) und einem OpAmp modelliert Teifpass 1. Ordnung ergibt sich ein Tiefpass 2. Ordnung. C_FB wählt man dann meist so, dass sich kein Gain-Peaking ergibt, real dann noch ein bisschen größer. Details z.B. in http://ieeexplore.ieee.org/document/1190593/ Dann hast du auch gleich ein weiteres Zitat für deine Arbeit.
Wie gross ist denn die Amplitude des 100MHz Signals und wie sieht die Wellenform aus? Ist eine Modulation sichtbar? UKW-Sender in der Nähe? Es könnte ja auch eine Einstreuung von aussen sein.
Mike schrieb: > Wie gross ist denn die Amplitude des 100MHz Signals und wie sieht die > Wellenform aus? Ist eine Modulation sichtbar? UKW-Sender in der Nähe? > Es könnte ja auch eine Einstreuung von aussen sein. Das schließe ich eigentlich schon aus, da kein Sender in der Nähe ist und da die Amplitude sehr hoch ist (200mV).
Die Idee von Masseflächen ist hauptsächlich folgende: hochfrequente Ströme fließen sehr gern genau auf dem (geometrischen) Weg zurück, auf dem sie auch hin geflossen sind. Es ist deshalb von großem Vorteil, wenn direkt über oder unter oder wenn nötig auch neben Signal- und Versorgungsleitungen eine durchgehende Massefläche ist. Wenn du die Massefläche, wie auf dieser Platine, im relevanten Bereich durch eine Versorgungsleitung komplett durchschneidest, hat sie nicht mehr den gewünschten Effekt. Dazu kommt, dass man Masseflächen möglichst überall mit Vias an andere Masseflächen anbinden sollte, um zu verhindern, dass sich da irgendwo stehende Wellen bilden. Bei den Decoupling-Caps ist die Idee, dem Bauteil eine Energiequelle mit möglichst geringer Induktivität zur Verfügung zu stellen. Ein Via dazwischen zu bauen ist dafür sehr sehr schlecht. Nimm lieber kleinere Kondensatoren (0603, nicht diese 1206-Riesenteile) und bau sie auf die Oberseite -- so nah an den Pin wie irgendwie möglich. Trotzdem glaube ich nicht dass das das Problem ist, das kostet dich höchstens ein bisschen Signalqualität -- da ist irgendwas wesentlicheres an der Schaltung falsch. Ich glaube die Kapazität über Rf ist das, was man sich anschauen muss.
Ich bin kein Profi, daher nur ein Gedanke: Ist die kapazitive Belastung des invertierten Eingangs nicht vielleicht einfach zu gross? Sowohl durch die grosse Leiterbahnfläche als auch durch die Photodiode. Soweit ich weiss, ist der invertierte Eingang hochempfindlich gegenüber allen parasitären Effekten.
Sven B. schrieb: > Wenn du die Massefläche, wie auf dieser Platine, im relevanten Bereich > durch eine Versorgungsleitung komplett durchschneidest, hat sie nicht > mehr den gewünschten Effekt. Da stimme ich vollumfänglich zu und gehe sogar noch weiter: solche Massefläche bilden mit den gebildeten Kapazitäten sogar Schwingkreise hoher Güte. Zum Vergleich schauen man sich nur einmal Filterschaltungen im Mikrowellenbereich an: dort wird man genau solchen ausgedehnten Kupferflächen gearbeitet. > Dazu kommt, dass man Masseflächen möglichst überall mit Vias an andere > Masseflächen anbinden sollte, um zu verhindern, dass sich da irgendwo > stehende Wellen bilden. Genau so ist es. > Bei den Decoupling-Caps ist die Idee, dem Bauteil eine Energiequelle mit > möglichst geringer Induktivität zur Verfügung zu stellen. Ein Via > dazwischen zu bauen ist dafür sehr sehr schlecht. Naja, so schlimmt ist ein Via direkt zu dem Stromversorgungspin auch nicht. Unmengen von Bauteilen im BGA-Gehäuse für wirklich sehr schnelle Digitalschaltungen werden genau so an die Versorgungsspannungen angebunden, üblicherweise entweder per "Hundeknochen" oder mit gefüllten Vias. Wichtig ist in solchen Fällen bloß, sich Footprints zu erstellen, die sowohl ins BGA-Raster passen (abgerundete Ecken, gefüllte Vias direkt in die Pads passend) als auch die Lötbarkeit dar Bauteile sicherstellen. Ein Kunde von mir hatte bei EMV-Problemen mit einem selbst erstellten, zugegebenermaßen sehr anspruchsvollen, Layout einen der beiden "EMV-Päpste" Dierks senior/junior hinzugezogen. Dieser schlug tatsächlich vor, einen Mikroprozessor und zwei DRAMs sogar ohne direkt an den Pins befindlichen Kondensatoren über Ferrite anzubinden. Ich war wirklich erstaunt darüber, dass diese Maßnahme tatsächlich die EMV-Probleme reduzierte, aber keine Funktionsstörungen verursachte. Allerdings muss man dabei erwähnen, dass die Leiterplatte absolut kostenoptimiert hergestellt werden musste, d.h. alle vier Lagen wurden für Signale genutzt und es stand keine Masselage, gefüllte Vias, Sacklöcher o.a. zur Verfügung. Verschlimmert wurde die Angelegenheit auch noch dadurch, dass ein großer Teil der Rückseite auch noch durch die Mäander einer Folientastatur belegt war und deswegen weder Abblockkondensatoren im Bereich der Kontaktmatte noch Vias in beliebigen Positionen platziert werden konnten. > Nimm lieber kleinere > Kondensatoren (0603, nicht diese 1206-Riesenteile) und bau sie auf die > Oberseite -- so nah an den Pin wie irgendwie möglich. Volle Zustimmung bei SO, QFP, usw.. Bei empfindlicher Analogelektronik würde ich aber auch lieber die Abblockkondensatoren auf der Unterseite paltzieren, um auf der Oberseite Platz für die empfindlichen Signale und ggf. Guardringe zu lassen. Allerdings muss man dafür um so mehr Augenmerk auf die Platzierung der zugehörigen Vias (insbesondere auch für GND o.ä.!!!) werfen. Mittlerweile bin ich bei einigen Analogschaltungen sogar dazu übergegangen, die direkte Anbindung der Versorgungsspannungen an Versorgungsflächen in AD mittels Design Rules zu unterbinden und nur die die Zuführung über die zugehörigen Abblockkondensatoren und ggf. Ferrite zuzulassen, um Störausstrahlungen der Bauteile in die Versorgungsspannungen an Ort und Stelle zu unterbinden. > Trotzdem glaube ich nicht dass das das Problem ist, das kostet dich > höchstens ein bisschen Signalqualität Bei einem Resonator hoher Güte kann man nicht mehr von "ein bisschen Signalqualität" sprechen, insbesondere wenn die nichtinvertierenden Eingänge der OPs am Resonator statt an einem "ruhigen" Massepotential angeschlossen werden. Das ist doch die reinste Mitkopplung!
Rasputin schrieb: > Ich bin kein Profi, daher nur ein Gedanke: Ist die kapazitive Belastung > des invertierten Eingangs nicht vielleicht einfach zu gross? Sowohl > durch die grosse Leiterbahnfläche als auch durch die Photodiode. Soweit > ich weiss, ist der invertierte Eingang hochempfindlich gegenüber allen > parasitären Effekten. Der TE verwendet nur eine doppellagige Leiterplatte, bei der gigantische ca. 1,5mm Abstand zwischen der Lagen sind. Da spielt die Kapazität noch nicht die ganz große Rolle. Bei Multilayeraufbauen muss man aber mit sog. Antipads arbeiten und ggf. sogar Aussparungen in direkt unter empfindlichen Leitungen befindlichen Kupferflächen einbringen, natürlich ohne dabei die wichtigen Masseflächen zu zerschneiden. Beide OP-Eingänge sind gleichermaßen empfindlich. Um die Temperaturabhängigkeit der Eingangsströme zu kompensieren, sollten aber beide Eingänge gleichstrommäßig die gleiche Quellimpedanz sehen. Das ist hier auch nicht der Fall, hat aber keinen relevanten Einfluss auf die Schwingneigung. Hmmm, oder doch?
Andreas S. schrieb: > Volle Zustimmung bei SO, QFP, usw.. Bei empfindlicher Analogelektronik > würde ich aber auch lieber die Abblockkondensatoren auf der Unterseite > paltzieren, um auf der Oberseite Platz für die empfindlichen Signale und > ggf. Guardringe zu lassen. Allerdings muss man dafür um so mehr > Augenmerk auf die Platzierung der zugehörigen Vias (insbesondere auch > für GND o.ä.!!!) werfen. Ja, hast du natürlich Recht, wenn der Platz knapp ist, ist es sicherlich das kleinere Übel, die Blockkondensatoren nach unten zu bauen. Auf dem Board ist der Platz aber überhaupt gar nicht knapp ;) >> Trotzdem glaube ich nicht dass das das Problem ist, das kostet dich >> höchstens ein bisschen Signalqualität > > Bei einem Resonator hoher Güte kann man nicht mehr von "ein bisschen > Signalqualität" sprechen, insbesondere wenn die nichtinvertierenden > Eingänge der OPs am Resonator statt an einem "ruhigen" Massepotential > angeschlossen werden. Das ist doch die reinste Mitkopplung! Hmm, na gut, wird sich hoffentlich zeigen woran es liegt ;) Mein Gefühl ist dass da schaltungstechnisch noch was falsch ist, bei nur 100 MHz wäre ich persönlich mit meiner Amateur-Erfahrung überrascht, wenn rein das Layout zu so einem signifikanten Problem führt. Da hab ich bei mehr als der zehnfachen Frequenz schon viel schlimmere Dinge verbrochen, die trotzdem leidlich funktioniert haben ;)
Sven B. schrieb: > Mein Gefühl ist dass da schaltungstechnisch noch was falsch ist, bei nur > 100 MHz wäre ich persönlich mit meiner Amateur-Erfahrung überrascht, > wenn rein das Layout zu so einem signifikanten Problem führt. Ich lese seit Anfang an mit und habe auf diesen Satz gewartet. Vorschlag: Bau einen Testträger für genau einen Kanal und schau, wie der funktioniert. Danach wird das Ergebnis, unter Beachtung der einschlägigen physikalischen Gesetze, wieder integriert. Ein paar Anregungen, wie HF-Boards aussehen könnten: http://harerod.de/applications_ger.html#EmiFilTest Irgendwie macht es mich traurig, wenn Leute ohne entsprechende Erfahrung mit solchen Projekten allein gelassen werden. Wenn man Zeit und Kosten für die Fertigung anschaut, ist es doch deutlich günstiger, schon in der Designphase jemanden draufschauen zu lassen.
Benjamin L. schrieb: > Habe auch Snapshots zu der Massebelegung angehängt und ein Fotot der > Rückseite. > Beide Flächen sind Masse-geflutet. Irgendwie sehe ich da keine Massevias. Du hast die beiden Flächen ordentlich zusammengenagelt? Am Rand entlang, entlang von Spalten (die durch andere Leiterbahnen gebildet werden), an Abblockkondensatoren, ... Sonst baust Du Dir eine wunderbare Antennenstruktur, weil beide Masseflächen gegeneinander schwingen.
Marcus H. schrieb: > Sven B. schrieb: >> Mein Gefühl ist dass da schaltungstechnisch noch was falsch ist, bei nur >> 100 MHz wäre ich persönlich mit meiner Amateur-Erfahrung überrascht, >> wenn rein das Layout zu so einem signifikanten Problem führt. > > Ich lese seit Anfang an mit und habe auf diesen Satz gewartet. > Vorschlag: Bau einen Testträger für genau einen Kanal und schau, wie der > funktioniert. Die Idee ist gut, aber warum musste man dafür auf diesen Satz warten? ;)
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Sven B. schrieb: > Marcus H. schrieb: >> Sven B. schrieb: >>> Mein Gefühl ist dass da schaltungstechnisch noch was falsch ist, bei nur >>> 100 MHz wäre ich persönlich mit meiner Amateur-Erfahrung überrascht, >>> wenn rein das Layout zu so einem signifikanten Problem führt. >> >> Ich lese seit Anfang an mit und habe auf diesen Satz gewartet. >> Vorschlag: Bau einen Testträger für genau einen Kanal und schau, wie der >> funktioniert. > > Die Idee ist gut, aber warum musste man dafür auf diesen Satz warten? ;) Weil ich persönlich bei vielen Threads den Eindruck habe, dass die Frage nur als Lacher in der Kaffeepause geeignet ist. Wenn Arbeitswilligkeit erkennbar ist und das Thema interessant ist, kann man ja mal Zeit investieren. Fällt auf dem Bild im Anhang ein Unterschied zu der Platine des TO auf? Z.B. dass durch Perforation mit 500µm-Bohrungen gewaltig Gewicht gespart wird?
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