Diff. Transimpedanzverstärker mit LT1013

Martin O. schrieb:
> Im Bezug auf den nicht-invertierenden Eingang handelt es sich
> nicht um
> einen Transimpedanzverstärker.

Verstehe nicht warum es sich im Bezug auf den invertierenden Eingang 
nicht um einen TIA handelt?
Ich habe die Transimpedanz hergeleitet, dabei kriege ich eine 
Verstärkung aus der Differenz der beiden Eingangsströme.

Martin O. schrieb:
> Eingang eine Spannung die vom Signal der nicht-inv. Diode abhängt
> (unschön). Die
> beiden Eingänge weisen sehr verschiedenes Verhalten auf.
>
> Besser 2 getrennte Transimp. Verst. und dann getrennte Subtraktion.

Okay verstehe. Kann das ein Problem deswegen sein, weil die Photodiode 
dann ein Forward-Bias hat?

Danke

gibbsi schrieb:
> Verstehe nicht warum es sich im Bezug auf den invertierenden Eingang
> nicht um einen TIA handelt?

Andersrum: bezogen auf den invertierenden ist es ein TIA (egal wie viel 
Strom fließt, die Spannung bleib gleich).

Bezogen auf den nicht-invertierenden ist es kein TIA (bei Stromfluss 
verschiebt sich die Spannung um I*R88).

So hatte Martin es auch geschrieben.

Okay so ist es gemeint, in Ordnung.

Wie ist es mit der zweiten Frage:

Martin O. schrieb:
> Eingang eine Spannung die vom Signal der nicht-inv. Diode abhängt
> (unschön). Die
> beiden Eingänge weisen sehr verschiedenes Verhalten auf.
>
> Besser 2 getrennte Transimp. Verst. und dann getrennte Subtraktion.

Warum unschön? Kann das ein Problem deswegen sein, weil die Photodiode
dann ein Forward-Bias hat?

gibbsi schrieb:
> Warum unschön? Kann das ein Problem deswegen sein, weil die Photodiode
> dann ein Forward-Bias hat?

können wir nicht beurteilen, weil wir nicht wissen, gegen welches 
Potential du das andere Ende der Fotodioden schalten willst. 
Forward-Bias wäre auf jeden Fall eine schlechte Idee.

Differentielle Verstärker nimmt man üblicherweise, weil man nur die 
Differenz zweier Signale betrachten will und unabhängig sein vom 
Gleichtakt. Das erreichst du mit der nicht symmetrischen Behandlung der 
beiden Eingänge nicht.

TIAs nimmt man üblicherweise, um eine konstante (Sperr)Spannung an den 
Fotodioden zu haben. Das erreichst du mit deiner Schaltung nicht.

Ob das für deine Anwendung wichtig ist oder nicht, ist schwer zu 
beurteilen, da wenig über deine Anwendung bekannt ist. Ich bin mir noch 
nicht mal wirklich sicher, ob du tatsächlich zwei Fotodioden an die 
Eingänge schalten willst oder in Wirklichkeit nur eine Fotodiode 
zwischen die beiden Eingänge.

Ich habe tatsächlich zwei Photodioden, die ein Sinusstrom mit etwa 2uA 
DC und 0,4u AC ausgeben. (Optischer Inkrementalgeber). Der Vorteil 
dieser Beschaltung ist, dass der DC-Anteil am Ausgang dann weg ist und 
ich nur das AC-Signal hab. Und genau dieses brauche ich.

gibbsi schrieb:
> Der Vorteil
> dieser Beschaltung ist, dass der DC-Anteil am Ausgang dann weg ist und
> ich nur das AC-Signal hab.

Ok, dann passt es ja für dich.

Deine Widerstände (R87 und R88) sind jeweils ~600k, oder?

Dann sollte dir bewusst sein, dass die tatsächliche Gleichtaktspannung 
am OPV-Eingang um 2uA*600kOhm=1,2V über den 2,5V liegt, die du "rechts 
unten" als CM-Spannung vorgibst. Damit bist du gerade an der Oberkante 
dessen, was der LT1013 laut Spec typisch verträgt (3,8V).

Achim S. schrieb:
> gibbsi schrieb:
>> Der Vorteil
>> dieser Beschaltung ist, dass der DC-Anteil am Ausgang dann weg ist und
>> ich nur das AC-Signal hab.
>
> Ok, dann passt es ja für dich.
>
> Deine Widerstände (R87 und R88) sind jeweils ~600k, oder?
>
> Dann sollte dir bewusst sein, dass die tatsächliche Gleichtaktspannung
> am OPV-Eingang um 2uA*600kOhm=1,2V über den 2,5V liegt, die du "rechts
> unten" als CM-Spannung vorgibst. Damit bist du gerade an der Oberkante
> dessen, was der LT1013 laut Spec typisch verträgt (3,8V).

Ja die Widerstände werden mind. 600k sein. Danke für den Hinweiß, ich 
habe da erstmal die halbe Versorgungsspannung genommen.
Ist das der Parameter Input Voltage Range im Datenblatt: min. 3,5V typ. 
3,8V. Warum wird der nicht als max. bezeichnet?
Ich kann ja dann einfach den CM runtersetzen, dann bin ich gut im 
spec-Bereich.

Die Photodioden werden mit ihren jeweiligen Anoden an den OP 
angeschlossen. Das heißt doch, dass ich dann an der Anode diese 3,5V 
bzw. eine kleinere (wenn ich CM-Spannung anpasse) Spannung habe und bei 
Kathoden an Masse einen Forward Bias verursache!? Ich muss also schauen, 
dass an der Kathode eine positive Bias-Spannung angelegt wird, um die 
Photodioden im reverse-bias zu betreiben. Stimmt das so?
Danke

gibbsi schrieb:
> Ich muss also schauen,
> dass an der Kathode eine positive Bias-Spannung angelegt wird, um die
> Photodioden im reverse-bias zu betreiben. Stimmt das so?

Ja, stimmt so. Hänge die Kathode an deine Versorgung (5V), dann sperren 
sie immer.

gibbsi schrieb:
> Ist das der Parameter Input Voltage Range im Datenblatt: min. 3,5V typ.
> 3,8V. Warum wird der nicht als max. bezeichnet?

weil hier der min-Wert den Worst case darstellt (d.h. er bildet die 
eigentliche Grenze, wenn du dein Design auf Nummer sicher gestalten 
willst).

Der typische Werte ist derjenige, der (mit ein bisschen Glück) meistens 
noch klappt. Ein max-Wert würde angeben, ab wann es garantiert nicht 
mehr klappt (aber der Wert ist nicht besonders interessant).

Danke für die Antworten.

Achim S. schrieb:

> Ja, stimmt so. Hänge die Kathode an deine Versorgung (5V), dann sperren
> sie immer.

Damit verbessere ich ja die Linearität und auch das Frequenzverhalten 
der Photodiode, erhöhe aber gleichzeitig den Dunkelstrom. Der 
Dunkelstrom sollte doch aber kein Problem sein, da er sich ja als DC 
einprägt under  die differenz-Beschaltung eine Unterdrückung bewirkt, 
oder?


Achim S. schrieb:
> gibbsi schrieb:
>> Ist das der Parameter Input Voltage Range im Datenblatt: min. 3,5V typ.
>> 3,8V. Warum wird der nicht als max. bezeichnet?
>
> weil hier der min-Wert den Worst case darstellt (d.h. er bildet die
> eigentliche Grenze, wenn du dein Design auf Nummer sicher gestalten
> willst).
>
> Der typische Werte ist derjenige, der (mit ein bisschen Glück) meistens
> noch klappt. Ein max-Wert würde angeben, ab wann es garantiert nicht
> mehr klappt (aber der Wert ist nicht besonders interessant).

Okay verstehe jetzt wie es gemeint ist. Das Datenblatt garantiert 
praktisch, dass der Range mind. 3,5V ist, er kann aber auch höher sein.

J. T. schrieb:
> Ein max-Wert gibt doch an, ab wann nicht mehr garantiert ist, dass es
> noch funktioniert? Und nicht der Wert, ab dem nicht-funktionieren
> garantiert ist?

Nein: der Grenzwert im Datenblatt (min 3,5V und typ. 3,8V) ist ja eine 
Obergrenze. Der min-Wert ist also die Grenze, bis zu der die Funktion 
garantiert ist.

Wenn du sicher sein willst, dass deine Schaltung unter allen Umständen 
funktioniert, musst du unter dem min-Wert 3,5V bleiben.

Wenn du über den 3,5V bist, kann sie funktionieren oder auch nicht (bei 
3,8V wird sie unter typischen Bediungen oft noch funktionieren.)

Ein max-Wert würde bedeuten, dass einzelne Exemplare dieses OPV mit viel 
Glück grade noch beim max-Wert funktionieren können (während die meisten 
schon nicht mehr funktionieren)). Das könnte nur interessant sein, wenn 
du wissen willst, ab wann die Schaltung unter keinen Umständen 
funktionieren wird (z.B. "wenn ich die Eingangsspannung über 4,2V lege, 
kann der OPV nicht mehr die gewünschte Funktion erfüllen"). Ist aber 
eher selten, dass man das so bauen will.

gibbsi schrieb:
> Der
> Dunkelstrom sollte doch aber kein Problem sein, da er sich ja als DC
> einprägt under  die differenz-Beschaltung eine Unterdrückung bewirkt,
> oder?

Der Dunkelstrom bestimmt bei deiner Schaltung die Gleichtaktverschiebung 
über die 2,5V hinaus. Mit 5µA an 600kOhm würde die Gleichtaktspannung am 
OPV-Eingang schon um 3V nach oben gehen (was für deren Funkton gar nicht 
gut wäre).

Der Dunkelstrom hängt übrigens recht stark von der Temperatur ab. Und in 
deinem Fall (2µA Dunkelstrom, nur +-0,2µA Signalstrom) wäre ich mir auch 
nicht so sicher, ob es sich wirklich um Dunkelstrom oder um 
unerwünschten Fotostrom handelt (durch Licht, das nicht vom 
Inkrementalgeber moduliert wird).

Wie wäre es mit dem oben von Martin angerissenen Vorschlag:
- zwei unabhängige TIA für die beiden Fotodioden
- den Rückkoppelwiderstand der beiden TIA deutlich kleiner gewählt als 
bisher, damit auch der verstärkte Dunkelstrom noch im vernünftigen 
Spannungsrahmen bleibt.
- danach ein (echter) Differenzverstärker, der die Gleichtaktspannung 
sauber wegnimmt und den Bezugspunkt für die Ausgangsspannung auf 2,5V 
verschiebt

gibbsi schrieb:
> da er sich ja als DC
> einprägt

Ach ja, nochwas: denke nicht in "DC" und "AC", das sind hier die 
falschen Kategorien. Denn auch dein Nutzsignal ist halbwegs DC, wenn du 
den Drehgeber entsprechend langsam bewegst.

Du nutzt keine Frequenzfilterung (Abtrennen des DC vom AC), sonder du 
brauchst eine Unterscheidung zwischen Gleichtaktsignal und 
Differenzsignal.

Achim S. schrieb:
> Der Dunkelstrom bestimmt bei deiner Schaltung die Gleichtaktverschiebung
> über die 2,5V hinaus. Mit 5µA an 600kOhm würde die Gleichtaktspannung am
> OPV-Eingang schon um 3V nach oben gehen (was für deren Funkton gar nicht
> gut wäre).
> Der Dunkelstrom hängt übrigens recht stark von der Temperatur ab. Und in
> deinem Fall (2µA Dunkelstrom, nur +-0,2µA Signalstrom) wäre ich mir auch
> nicht so sicher, ob es sich wirklich um Dunkelstrom oder um
> unerwünschten Fotostrom handelt (durch Licht, das nicht vom
> Inkrementalgeber moduliert wird).

Den Dunkelstrom der Photodioden kenne ich noch nicht, muss ich mal 
nachschauen. Der Strom von 2uA ist wie du vermutet hast, ein 
unerwünschter Fotostrom. Ich vermute der Dunkelstrom sollte viel kleiner 
sein. Das CM-Signal werde ich auf jeden Fall reduzieren, denn der LT1013 
kann ja recht gut nahe an Ground swingen.


> Wie wäre es mit dem oben von Martin angerissenen Vorschlag:
> - zwei unabhängige TIA für die beiden Fotodioden
> - den Rückkoppelwiderstand der beiden TIA deutlich kleiner gewählt als
> bisher, damit auch der verstärkte Dunkelstrom noch im vernünftigen
> Spannungsrahmen bleibt.
> - danach ein (echter) Differenzverstärker, der die Gleichtaktspannung
> sauber wegnimmt und den Bezugspunkt für die Ausgangsspannung auf 2,5V
> verschiebt

Ich will das aus Platzgründen so machen wie ich es beschrieben habe, 
ansonsten hätte ich tatsächlich den vorgeschlagenen Weg verfolgt. Denn 
das Bauteil soll als Dice verwendet und gebondet werden. Weiterhin will 
ich das Ausgangssignal des TIA mit einem weiteren OP invertieren und ein 
differentielles Signal zur Übertragung bilden. (Bei einer nötigen 
Bandbreite von etwa 4kHz sollte das gut klappen).

Achim S. schrieb:
> gibbsi schrieb:
> da er sich ja als DC
> einprägt
>
> Ach ja, nochwas: denke nicht in "DC" und "AC", das sind hier die
> falschen Kategorien. Denn auch dein Nutzsignal ist halbwegs DC, wenn du
> den Drehgeber entsprechend langsam bewegst.
> Du nutzt keine Frequenzfilterung (Abtrennen des DC vom AC), sonder du
> brauchst eine Unterscheidung zwischen Gleichtaktsignal und
> Differenzsignal.

Stimmt, danke. Wenn ich ganz langsam drehe/fahre oder stehen bleibe, 
dann habe ich ja praktisch auch ein DC-Signal bzw. es ist dann ein 
langsames oder stehendes Differenzsignal das für die Position 
ausgewertet wird. Das Gleichtaktsignal ist das was unerwünscht ist, das 
entweder durch den Dunkelstrom oder den unerwünschten Fotostrom 
entsteht.