Hallo Forum, ich baue gerade einen optischen Abstandssensor, bei dem Empfangsdioden über eine 10-20cm Leitung an eine Empfängerschaltung angeschlossen sind. Die Empfängerplatine wird dann auf ein Mikrocontrollerboard gesteckt, das die Information auswertet. Einen entsprechenden Schaltplan hänge ich an. Ich frage mich jetzt, wie ich die Verbindung zwischen Dioden und Empfänger am besten gestalte. Ich tendiere dazu, die Dioden einfach zwischen Schild und Mittelleiter eines Koaxialkabels anzuschließen, sodass durch Schild und Mittelleiter immer der gleiche Strom fließt und theoretisch keine Störungen abgestrahlt oder empfangen werden sollten. Andererseits habe ich aber auch schon gelesen, dass das Anschließen von Sensoren über Koaxialkabel zu üblen Störungen führen kann, wenn über das Schild ein Strom fließt. Ich nehme an, das gilt nur, wenn der Sensor und der Rest der Schaltung unterschiedliche Groundpotentiale haben und dann Ausgleichsströme über das Koax-Schild laufen. Ist das so richtig? Die Alternative wäre natürlich, den ersten Verstärker direkt bei den Dioden anzubringen, dann bräuchte die Diodenplatine aber natürlich auch noch extra Anschlüsse für Spannungsversorgung und Ground. Hätte das irgendwelche Vorteile? Die zweite Frage bezieht sich auf das Platinenlayout für die Empfängerschaltung. Da kommen natürlich noch Filter und andere Schaltungsteile drauf, die im Screenshot nicht enthalten sind. Wie gestaltet man ein "Breakout" Board für eine Mikrocontrollerplatine am Besten? Die Hinweise zum Platinenentwurf aus dem Wiki kenne ich, frage mich aber, was für Dinge ich noch beachten muss, wenn meine analoge Schaltung in unmittelbarer Nähe zu der schnellen Digitalschaltung auf dem Mikrocontrollerboard läuft. Ich habe die Möglichkeit, zweilagige Platinen herzustellen: Sollte ich eine Lage komplett für Ground benutzen? Sollte diese Lage "zwischen" Controllerboard und der Empfängerschaltung liegen oder werden dadurch vielleicht noch mehr Störung eingestrahlt? Ich hänge mal eine Skizze an, wie ich mir das vorstelle. Für eure Tipps und Hinweise wäre ich sehr dankbar.
Angehängte Dateien:
-
verstaerker.png
5,6 KB -
CAD_Modell_Platine.png
3,8 KB
>Die Alternative wäre natürlich, den ersten Verstärker direkt bei den >Dioden anzubringen, dann bräuchte die Diodenplatine aber natürlich auch >noch extra Anschlüsse für Spannungsversorgung und Ground. Hätte das >irgendwelche Vorteile? Klar - nur Vorteile. Du hast einen Transimpedanzverstärker (TIA) und eine hochohmige Photodiode. Das ist schon für Störungen empfänglich genug, und irgendein (Koax-)Kabel dazwischen ist grundsätzlich schlecht. Zusätzlich bedeutet ein Kabel zusätzliche parasitäre Kapazität, die am Eingang des TIA herumlungert. Sowas drückt gewaltig die Grenzfrequenz des ganzen, und erfordert auch noch eine entsprechend dimensionierte Kompensations-C über den Rückkopplungs-R, damit die ganze Sache nicht schwingt (ein gegengekoppelter OPV ist immer schwingfreudig, wenn an seinem Summationspunkt eine zu große C ist). Auserdem ist es störungstechnisch höchst ungünstig, die erste (empfindlichste) Stufe unmittelbar über dem Digitalteil zu platzieren ... Übrigens - was sollen die 5 Photodioden bewirken? Soll das einen Vorteil gegenüber nur einer bringen?
:
Bearbeitet durch User
Beitrag #5272861 wurde vom Autor gelöscht.
Felix S schrieb: > einen optischen Abstandssensor, Wozu? Müssen es wegen der Geschwindigkeit Fotodioden sein oder reichen Fototransistoren? Beitrag "Fototransistor vs. Fotodiode"
Wegen der Stoerungen ist es sinnvoll den Messeingang jeweils als symmetrischen Eingang auszufuehren, nicht asymmetrisch, wie man es sonst einfacher machen wuerde.
Photodioden schaltet man in dieser Schaltung nicht in Reihe sondern parallel.
Felix S schrieb: > Die Alternative wäre natürlich, den ersten Verstärker direkt bei den > Dioden anzubringen, dann bräuchte die Diodenplatine aber natürlich auch > noch extra Anschlüsse für Spannungsversorgung und Ground. Wo man ein geschirmtes Kabel unterbringen kann, reichts auch für 2 Kabel plus ein geschirmtes. Also direkt an die Dioden - jedes Elektretmikro macht das auch so aus gutem Grund.
Falls die Schaltung schwingt, sollst Du dich nicht wundern. 180 Grad vom gegengekoppelten OPV, 90 Grad von der Frequenzkompensation und 90 Grad von der Rückführung R1 C-Fotodiode - schon sind 360 Grad Phasendrehung erreicht. Lösung: http://electrooptical.net/static/oldsite/www/canceller/klugesandhacks6c.pdf und darin die Schaltung nach der Überschrift: Cascode TIA Finde die Schaltung sehr wichtig um den Trandimpedanz-Verstärker zu verstehen bzw. zu bauen.
Jens G. schrieb: >>Die Alternative wäre natürlich, den ersten Verstärker direkt bei den >>Dioden anzubringen, dann bräuchte die Diodenplatine aber natürlich auch >>noch extra Anschlüsse für Spannungsversorgung und Ground. Hätte das >>irgendwelche Vorteile? > > Klar - nur Vorteile. ...zumal die wenigen Bauelemente in SMD ja nur wenig Platz brauchen. Je nach Auslegung der Schaltung könnte man dann vielleicht sogar auf die Abschirmung verzichten.
Hallo, > Felix S schrieb: > ich baue gerade einen optischen Abstandssensor, für welche Abstände? Welche Empfangsleistung ist zu erwarten. Wie soll das optische Konzept aussehen. > bei dem Empfangsdioden > über eine 10-20cm Leitung an eine Empfängerschaltung angeschlossen sind. Kommt sehr drauf an, in welchem Bereich der Verstärkung du dich bewegen willst. Ich entwickle optische Messgeräte, wo ich oft an das physikalisch machtbare gehe, aber vermutlich wird deine Anwendung edliche Größenordnungen davon entfernt sein. Ist schon ein Unterschied, ob man 1uW oder 1 fW detektieren will. > Die Empfängerplatine wird dann auf ein Mikrocontrollerboard gesteckt, > das die Information auswertet. Einen entsprechenden Schaltplan hänge ich > an. Der ist Quark. Fotodioden in Sperrrichtung arbeiten wie eine Stromquelle. Eine Reihenschaltung macht da keinen Sinn. > Ich frage mich jetzt, wie ich die Verbindung zwischen Dioden und > Empfänger am besten gestalte. Wenn die Verstärkung moderat ist, mchen paar 10 cm Leitung keine großen Probleme. Beschreibe genauer, was du vor hast! > Wie gestaltet man ein "Breakout" Board für eine Mikrocontrollerplatine > am Besten? Die Hinweise zum Platinenentwurf aus dem Wiki kenne ich, > frage mich aber, was für Dinge ich noch beachten muss, wenn meine > analoge Schaltung in unmittelbarer Nähe zu der schnellen > Digitalschaltung auf dem Mikrocontrollerboard läuft. Hängt auch von dem Randbedingungen ab. Die Lichtquelle sollte geschaltet werden (z.B. im Bereich 1...10 kHz. Da ist es vor allem wichtig, dass möglichst keine Störfrequenzen auf der Nutzfrequenz liegen. Ansonsten kann man mit Bandpass und softwaremäßiger Mittelwertbildung (Wichtungsfunktion) recht viel bewirken. Gruß Oletronika
Abstandssensor ? Die Wand anleuchten, und wenn sie hell genug ist, ist man in der richtigen Distanz.
Danke erst mal für eure zahlreichen Antworten. Jens G. schrieb: > Übrigens - was sollen die 5 Photodioden bewirken? Soll das einen Vorteil > gegenüber nur einer bringen? Einen Flächen-Vorteil. Der Spalt wird darüber gemessen, wie viele von den Dioden im Schatten liegen oszi40 schrieb: > Wozu? Müssen es wegen der Geschwindigkeit Fotodioden sein oder reichen > Fototransistoren? Die Schaltung arbeitet bei etwa 150kHz, ich weiß nicht ob ein Fototransistor da noch taugt. Harald W. schrieb: > ...zumal die wenigen Bauelemente in SMD ja nur wenig Platz > brauchen. Je nach Auslegung der Schaltung könnte man dann > vielleicht sogar auf die Abschirmung verzichten. Also dann einfach Versorgungsspannung und Ground per Kabel zum Verstärker beim Sensor führen, dort nochmal per Abblockkondensator entkoppeln und das wars? U. M. schrieb: > Der ist Quark. > Fotodioden in Sperrrichtung arbeiten wie eine Stromquelle. > Eine Reihenschaltung macht da keinen Sinn. Das stimmt natürlich, der Schaltplan ist falsch. In meinem Aufbau ist es eine Parallelschaltung. U. M. schrieb: > Beschreibe genauer, was du vor hast! Es gibt eine Sendediode, die mit 150kHz gepulst ist und ein Objekt zwischen Sender und Emfpänger, das einen Schatten auf die Dioden wirft. Viele Grüße
Nachtrag: U. M. schrieb: > Kommt sehr drauf an, in welchem Bereich der Verstärkung du dich bewegen > willst. Das kann ich mir im Prinzip aussuchen, weil ich die Sendediode beliebig bestromen kann. Der Strahlleistung sollte aber nicht zu hoch sein, da der Sender keine Gefahr für das Auge sein soll.
U. M. schrieb: > Wenn die Verstärkung moderat ist, mchen paar 10 cm Leitung keine großen > Probleme. Die Leitung hat eine Kapazität, welche den Transimpedanzverstärker langsam macht. Bei LIDAR muss man üblicherweise (so es nicht um den Abstand Erde-Mond geht, aber da sprechen die genannten 150kHz gegen) die Diode mit hoher Bandbreite auslesen um genaue Messungen zu haben. Deshalb ist es schon richtig den Transimpedanzverstärker direkt an die Diode(n) zu hängen.
Welche Genauigkeit willst du denn erreichen auf welchen Abstand? 150 kHz klingt ziemlich langsam.
Sven B. schrieb: > Welche Genauigkeit willst du denn erreichen auf welchen Abstand? 150 kHz > klingt ziemlich langsam. Die Ansteuerung über die 150kHz sind nur um Umgebungslicht und Störungen von Energiesparlampen, Netzfrequenz und so weiter filtern zu können. Die Messung funktioniert darüber, dass ein Schatten auf die Empfangs-LEDs geworfen wird, nicht über irgendwelche Interferenzen
Felix S schrieb: > Es gibt eine Sendediode, die mit 150kHz gepulst ist und ein Objekt > zwischen Sender und Emfpänger, das einen Schatten auf die Dioden wirft. Dann verseh jede Diode mit einem eigenen Verstärker und werte die Unterschiede zwischen den Dioden aus. Hier spricht doch garnichts gegen einen direkt am Sensor angebrachten Verstärker. Irgendwelche Leitungen oder Kapazitäten zwischen Sensor und Verstärker sind doch Unsinn. Das ist ähnlich wie bei Antennnen: der Antennenverstärker muss DIREKT an der Antenne sein, denn sonst werden die in der Leitung eingekoppelten Störsignale oder Rauschspannungen mitverstärkt und und ein am Ende der Leitung bescheidener Rauschabstand kann nicht mehr verbesert werden.
Peter R. schrieb: > Dann verseh jede Diode mit einem eigenen Verstärker und werte die > Unterschiede zwischen den Dioden aus. Das ist für die Anzahl Dioden die ich habe nicht praktikabel und auch nicht notwendig. Die Ströme der Dioden addieren sich ja und ich kriege dann eine schöne lineare Ausgangsspannung, je nach dem wie viele Dioden beleuchtet werden. > Hier spricht doch garnichts gegen einen direkt am Sensor angebrachten > Verstärker. Das werde ich dann jetzt auch machen.
Felix S schrieb: > Peter R. schrieb: >> Dann verseh jede Diode mit einem eigenen Verstärker und werte die >> Unterschiede zwischen den Dioden aus. > > Das ist für die Anzahl Dioden die ich habe nicht praktikabel und auch > nicht notwendig. Die Ströme der Dioden addieren sich ja und ich kriege > dann eine schöne lineare Ausgangsspannung, je nach dem wie viele Dioden > beleuchtet werden. Ääh, hast du das mal ausprobiert? Ich glaub nicht, dass das so funktioniert. Du kannst Stromquellen nicht in Reihe schalten und erwarten dass sich die Ströme addieren.
Hi, Helmut S. schrieb: > Photodioden schaltet man in dieser Schaltung nicht in Reihe sondern > parallel. Grüße
Sven B. schrieb: > Ääh, hast du das mal ausprobiert? Ich glaub nicht, dass das so > funktioniert. Du kannst Stromquellen nicht in Reihe schalten und > erwarten dass sich die Ströme addieren. Das stimmt. Aber: Felix S schrieb: > Das stimmt natürlich, der Schaltplan ist falsch. In meinem Aufbau ist es > eine Parallelschaltung. Beim Zeichnen des Schaltplans ist mir kurzzeitig die Logik abhanden gekommen, die ich beim Aufbau noch hatte.
Wäre dann für die Verbindung der Senderplatine mit dem "Hauptteil" ein Flachbandkabel OK? Oder ist das zu dünn um die Masse ordentlich ohne Versatz zu verbinden?
Aber warum? Warum baust du nicht die Verstärker auf die Platine mit den Photodioden? Nur um 2 Leitungen für die Versorgungsspannung zu sparen? Je weiter der Verstärker von den PD weg ist, desto schlechter das Ergebnis ...
Sven B. schrieb: > Aber warum? Warum baust du nicht die Verstärker auf die Platine mit den > Photodioden? Nur um 2 Leitungen für die Versorgungsspannung zu sparen? Hallo Sven, das mache ich jetzt auch, allerdings kann ich an der Stelle wo die Empfangsdioden sitzen, kein Microcontrollerboard unterbringen (eine SMD-Verstärkerschaltung schon). Das heißt es muss weiterhin eine Kabelverbindung zwischen Hauptboard und Emfpängerboard geben, über die Spannung, Masse und die gleichgerichtete Ausgangsspannung transportiert wird.
Ah, okay. Da ist alles weniger wichtig, weil das Signal nicht mehr so empfindlich ist. Flachbandkabel klingt in Ordnung, wenn du keine großen Ströme oder hohe Frequenzen hast. Du kannst jede zweite Ader auf Masse legen, oder zumindest die beiden äußeren.
Schau mal hier nach: https://www.mouser.de/Texas-Instruments/Optoelectronics/Optical-Detectors-and-Sensors/_/N-6jju9?P=1z0zls6 Besser, einfacher, kleiner und billiger als was selbst gefrickeltes.
:
Bearbeitet durch User
>das mache ich jetzt auch, allerdings kann ich an der Stelle wo die >Empfangsdioden sitzen, kein Microcontrollerboard unterbringen (eine Ein µC in der Nähe der PD-Schaltuing wäre auch äuserst schädlich ... >SMD-Verstärkerschaltung schon). Das heißt es muss weiterhin eine >Kabelverbindung zwischen Hauptboard und Emfpängerboard geben, über die >Spannung, Masse und die gleichgerichtete Ausgangsspannung transportiert >wird. Die Ausgangsspannung ist schon gleichgerichtet? Wodurch denn? Aber egal: je nach Länge der Leitung von der PD-Schaltung zum µC-Board macht es sich gut, einen R von paar 10 bis evtl. 100Ohm in Serie unmittelbar nach dem TIA einzuschleifen. Das verhindert Schwingungen durch sonst parasitäre kapazitive Belastung durch das längliche Ausgangskabel. Aber auch sonst wirste evtl. eine Kompensations-C (irgendwas im pF-Bereich) parallel zum R1 schalten müssen (wenn R1 ziemlich groß), denn die Eingangskapazität (durch die PD, noch dazu 5 in parallel) will kompensiert werden - sonst Schwingungen.
Hallo, > Felix S schrieb: > Es gibt eine Sendediode, die mit 150kHz gepulst ist und ein Objekt > zwischen Sender und Emfpänger, das einen Schatten auf die Dioden wirft. ich hatte ja schon den Verdacht. Die ganze Zeit wird über Mikrochirurgie diskutiert, dabei geht es eher darum an einem Panzer die Kette zu reparieren ;-) Du hast also nur eine einfache Einweglichtschranke. Wenn du den Scahttenwurf auf die die paralellen Dioden mißt, dann bekommst du tasächlich eine Abstufung um jeweisl ca. 20%. Soweit so gut. Ich gehen davon aus, das die Lichtquelle nicht hundert Meter weit weg ist vom Empfänger, sondern eher nur paar 10cm oder so? Dann muß der Transimpedanzverstärker natürlich überhaupt nicht sehr empfindlich sein. Da bist du um einige Größenordnungen davon entfernt, Probleme mit der Dynamik wegen Kabelkapazitäten zu bekommen und mußt auch kaum große Störungen vom Prüfaufbau erwarten. Als Dioden würde ich BPW34 empfehlen. Die 150kHz Takt in der Quelle sind grundsätzlich auch ok. Ich würde aber denkem, dass 10kHz oder 50kHz genau so wären. Brummen von Netzfrequenz kann man in jedem Fall gut unterdrücken. Wenn du die Signalauswertung synchron mit der Sendefrequenz machst, werden auch andere Lichtquellen kaum stören, aßer sie stahlen mit hoher Intensität direkt auf den Sensor und liegen mit der Störfrequenz genau auf der Nutzfrequenz oder einem Vilefachen derselben. Hier kannst du noch ein paar Feinheiten beim Transimpedanzverst. abschauen. http://uwiatwerweisswas.schmusekaters.net/Uwi/ELEKTRONIK/Opto_Laser/Fotoverstaerker.pdf Die Verstärkung (R2) wirst du deutlich niederohmiger machen können (100k oder weniger). Der Spannungsteiler R3 R4 und C5 dienen der Unterdrückung von Gleichlicht. Für Licht mit ausreichend hoher Frequenz ist C5 ein Kurzschluss, für Gleichtlicht ein unendlicher Widderstand. Das RC-Glied R4/C5 kannst also so einstellen, dass dein Nutzsignal gut durchkommt, aber Störungen im unteren Frequenzbereich deutlich unterdrückt werden. Hier gibt es noch etwas mehr dazu: http://uwiatwerweisswas.schmusekaters.net/Uwi/ELEKTRONIK/Opto_Laser/Fotoverstaerker_2.pdf Gruß Öletronika
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.