Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik digital modulierter Laser


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von nicola (Gast)


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Hallo ihr Lieben,

ich soll für ein Projekt eine Schaltung für einen digital modulierbaren 
Lasersender (1310nm) mittels Treiber (IC-WKL) aufbauen.

Laser: AOI-FP-1310-C5-2-2.5-FP-A-C-N
http://ao-inc.com/images/uploads/products/01-00-0006-FP-1310-C5-2-2_5-xx-A-x-x-014.pdf

Treiber: IC-WKL
https://www.ichaus.de/upload/pdf/Wk_d1es.pdf

Bei einer optischen Leistung von -3dBm soll ein Frequenzbereich von bis 
zu 32 MB/s erreicht werdern.
So wie ich das verstanden habe soll es prinzipiell (gaaaanz simpel 
ausgedrückt) so aussehen: Skitze im Anhang

Zur Modulation würde ich einen TLC555CD verwenden.
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tlc555.pdf

Da ich mich schon seit Ewigkeiten nicht mehr mit Schaltungen auseinander 
gesetzt habe wollte ich fragen ob das ein plausibeler Ansatz ist?

Schonmal vielen Dank für eure Tipps.

LG

Nicola

von Achim S. (Gast)


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nicola schrieb:
> So wie ich das verstanden habe soll es prinzipiell (gaaaanz simpel
> ausgedrückt) so aussehen: Skitze im Anhang

Du willst einfach die Ausgänge von Laserdiodentreiber und TLC555 
parallel schalten? Nein, ich fürchte das ist keine gute Idee.

In der Low-Phase wird der TLC555 den Strom wegschlucken, den der 
LD-Treiber durch die Laserdiode treiben möchte. Daher fährt der 
LD-Treiber den Strom immer höher, weil er eine bestimmte optische 
Leistung erreichen will.

In der High-Phase des TLC555 fließt dann dementsprechend ein zu großer 
Strom vom Treiber durch die Laserdiode (und zusätzlich kommen noch ein 
paar mA dazu, die der TLC555 bei High-Pegel treiben kann). Deine 
Laserdiode dürfte voraussichtlich nur sehr kurz leuchten und dann für 
immer dunkel bleiben.

Such dir besser einen Laserdiodentreiber, der selbst schon einen 
Modulationseingang hat. Bleib auch bei der erzielbaren Frequenz zuerst 
mal etwas bescheidener (dein TLC555 ist nicht für so hohe Frequenzen 
gebaut).

von Wolfgang (Gast)


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nicola schrieb:
> So wie ich das verstanden habe soll es prinzipiell (gaaaanz simpel
> ausgedrückt) so aussehen: Skitze im Anhang

Du wirst auf jeden Fall noch die in der FP-1310 eingebaute Monitordiode 
als ganz entscheidenden Teil des Regelkreises mit einbeziehen müssen.

von nicola (Gast)


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Danke für die schnelle Antwort!

Ich dalchte, dass durch die Monitordiode der Treiber immer die optimale 
bzw. definierte Leistung liefert.

Der Laser und der Treiber sind vorgegeben. Das Ziel sind 32MB/s.

Sonst hätte ich einen Treiber mit Modulationseingang genommen.

von Wolfgang (Gast)


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nicola schrieb:
> Ich dalchte, dass durch die Monitordiode der Treiber immer die optimale
> bzw. definierte Leistung liefert.

Eben, aber du willst das Licht zusätzlich modulieren und pfuscht damit 
dem Regelkreis des Treibers ins Handwerk.

von Nicola (Gast)


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Ja, macht Sinn. Diese blöde Vorgabe mit dem Treiber macht mich noch 
fertig.

von Nicola (Gast)


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Mal ne ganz blöde Frage. Wenn ich nun das Sender Signal aus dem der 
Monitordiode raus filtern würde, würde der Treiber ja nicht nachregeln 
müssen?

von Äxl Real (Gast)


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Du brauchst Die Monitordiode aber.
Es ist nur ein ganz schmaler Grad zwischen LED, LASER und KAPUTT.

von nicola (Gast)


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Bei näherer Betrachtung scheint es mir unmöglich das Ziel mit diesem 
Treiber zu realisieren.
Vllt ist es auch ein Fehler in der Aufgabenstellung.
Da frage ich mal nach.

von Mario M. (thelonging)


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nicola schrieb:
> unmöglich

Wirklich? Einfach den Lasertreiber als Bias-Generator nehmen und die 
Modulation danach einkoppeln. Siehe Bild, geklaut von: 
https://www.google.de/search?q=Direct+Modulation+of+Semiconductor+Lasers&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjuy4i3w4DbAhWR-6QKHbOLBDEQ_AUICigB&biw=1280&bih=900#imgrc=R0keNC6NfscINM:

von Wolfgang (Gast)


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Du könntest, wie im Datenblatt des Treiber aus Seite 2 beschrieben, ein 
Modulationssignal über den MDK Pin einspeisen. Aber von deiner 
angestrebten Modulationsfrequenz bist du dann wahrscheinlich um vier 
Größenordnungen weg.

Falls dein Modulationssignal gleichspannungsfrei ist, könnte man 
versuche, auf den Mittelwert des MD-Signales zu regeln und die 
Modulation über einen Shunt parallel zur LD machen - nur so als Idee.

von Harald W. (wilhelms)


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nicola schrieb:

> Bei näherer Betrachtung scheint es mir unmöglich das Ziel mit diesem
> Treiber zu realisieren.
> Vllt ist es auch ein Fehler in der Aufgabenstellung.
> Da frage ich mal nach.

Vielleicht ist die Aufgabenstellung absichtlich so gewählt, um Dich
zum Nachdenken zu zwingen.

von Tor Fstock (Gast)


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Nun, entweder koppelt man das Signal kapazitiv auf den Diodenstrom auf, 
oder induktiv. Die Stromregelschleife muss einfach langsamer regeln wie 
die Datenrate ist.

von Wolfgang (Gast)


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Tor Fstock schrieb:
> Nun, entweder koppelt man das Signal kapazitiv auf den Diodenstrom auf,
> oder induktiv.

Und warum nicht über einen Widerstand?
Gleichspannungsfrei muss der Code sowieso sein (z.B. Manchester-Code), 
weil sonst der Störabstand abhängig vom Dateninhalt verringert wird.

von Tor Fstock (Gast)


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Ueber einen Widerstand zu koppeln bedeutet auf ein Potential zu koppeln. 
Wenn sich das Potential verschiebt, verschiebt sich die Kopplung. 
Waehrend kapazitiv oder induktiv potentialfrei sind.

von nicola (Gast)


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Wow...

Echt tolles Forum!

Nochmal danke für die vielen Ratschläge. Dachte ich werde hier mit 
meiner Idee zerissen.

@Harald Wilhelm
Du hast vollkommen Recht und das ist auch gut so. Hätte ja sein können 
;)

von Wolfgang (Gast)


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Tor Fstock schrieb:
> Ueber einen Widerstand zu koppeln bedeutet auf ein Potential zu koppeln.

Ja und?
Den Arbeitspunkt muss man sowieso einstellen und die Digitalpegel sind 
doch wohl konstant.

von nicola (Gast)


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Mein "Schaltungswissen" ist stark begrenzt.

Ein Freund hat mir geraten die Modulation über den GND zu machen. Ist 
das die Methode wie Mario M. sie beschrieben hat (Treiber als 
BIAS-Generator)?

@Wolfgang
Die Modulation soll digital (Input: 5V CMOS) über eine AC Kopplung 
erfolgen. Nach meiner Interpretation ist das Modulationssignal demnach 
gleichspannungsfrei sein. Oder?

von georg (Gast)


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Mit diesem Treiber ist wohl die Steuerung über die Rückkopplung die 
einzige Möglichkeit, aber die ziemlich langsame Laserregelung mit zig 
MHz hoch- und runterzuschalten halte ich für völlig illusorisch. Was 
möglich wäre: der Laser lasert vor sich hin, aber der austretende Strahl 
wird im Takt der Modulation unterbrochen. Das ist meines Wissens ein 
gängiges Verfahren mit entsprechenden optischen Elementen.

Sonst bräuchte man eben einen Treiber, der sich mit 32 MHz schalten 
lässt.

Die erste Idee ist garnicht so abwegig: einfach im Takt der Modulation 
den Strom für den Laser kurzschliessen. Habe ich mit LEDs für 
Datenübertragung so gemacht, die LED bekommt über einen Vorwiderstand 
konstanten Strom, wird aber durch einen parallelen Transistor 
kurzgeschlossen. Das erlaubt schnelleres Schalten als den Strom an- und 
abzuschalten.

Georg

von nicola (Gast)


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Ich hätte da noch ne Frage zum Datenblatt vom Treiber (IC-WKL).

IC-WKL:
https://www.ichaus.de/upload/pdf/Wk_d1es.pdf

Auf der Abbildung im Anhang habe ich es eingezeichnet. Was bedeutet der 
Punkt/Knoten an der Basis vom Transmitter. Habe ich noch nie gesehen. 
Genau so wie das Symbol zwischen den Anschlüssen vom OP.

Kann mir da jemand weiter helfen?

von Dieter F. (Gast)


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Freitag war eigentlich gestern - aber warum fragst Du nicht bei IC-Haus 
nach?

von nicola (Gast)


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Freitag???

Werde ich machen. Dachte das eventuell jemand hier ne Antwort hat.

von Wolfgang (Gast)


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nicola schrieb:
> Nach meiner Interpretation ist das Modulationssignal demnach
> gleichspannungsfrei sein. Oder?

Nein, das kann man so nicht sagen. Stell dir vor, im Modulationssignal 
taucht eine lange Folge von 0 oder 1 auf. Hinter einer einfachen 
AC-Kopplung wäre das nichtmehr zu unterscheiden.

Die Gleichspannungsfreiheit muss schon durch den für das Signal 
verwendeten Code sichergestellt sein. Der Manchester-Code ist ein 
Beispiel für einen gleichspannungsfreien Code. Jedes übertragene Bit 
besteht aus gleichlangen 1- und 0-Anteilen.

georg schrieb:
> Die erste Idee ist garnicht so abwegig: einfach im Takt der Modulation
> den Strom für den Laser kurzschliessen.

Ein direkter Kurzschuss ist keine gute Idee. Der Strom durch die 
Laserdiode darf IMHO nur knapp unter die Laserschwelle abgesenkt werden, 
sonst wird das zu langsam.

von Heinz V. (heinz_v)


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nicola schrieb:
> ... Was bedeutet der
> Punkt/Knoten
Verbindung (hin- und wegführender Leiter sind mit der Basis verbunden)

> an der Basis vom Transmitter.
Nein: Transistor ;-)

> Habe ich noch nie gesehen.
> Genau so wie das Symbol zwischen den Anschlüssen vom OP.
Steckverbindung (zum ESD Schutz, wird vor Inbetriebnahme entfernt, 
CD/DVD Lasereinheiten eine Lötbrücke)

von Dieter F. (Gast)


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nicola schrieb:
> Freitag???

Ja, der Tag nach Donnerstag und vor Samstag (üblicherweise) :-)

von Heinz V. (heinz_v)


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Vergiss das mit der Steckverbindung, das wäre zwar das Schaltzeichen, 
macht aber innerhalb des ICs keinen Sinn.

von Markus M. (adrock)


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Aus dem Datenblatt:

A second monitor input, pin MDK, allows the driver to
be used for other types of laser diode configuration;
alternatively, it can be used as an analogue modulation
input (DC to a few kHz).

Und dann gibt es da doch noch die Application Notes, da ist die 
Modulation doch beschrieben:

https://www.ichaus.de/upload/pdf/WkAN_1911es.pdf

Allerdings steht ja auch ganz klar eine Begrenzung "DC (up) to a few 
kHz" - irgendetwas im MHz Bereich wirst Du damit also nicht erreichen 
können.

von Wolfgang (Gast)


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Markus M. schrieb:
> Aus dem Datenblatt:
> ...

Aaachh ...

Wolfgang schrieb:
> Du könntest, ...

Markus M. schrieb:
> Und dann gibt es da doch noch ...

Das ändert immer noch nichts daran, dass der Treiber für die angestrebte 
Modulation um etwa einen Faktor 10000 zu langsam ist.

Bleibt die Shunt Version ...

von nicola (Gast)


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Hallo ihr Lieben,

nochmal vielen Dank für die vielen hilfreichen Tipps.

Im Anhang findet ihr die finale Schaltung.

Ich weiß die Schalrung sieht besch...en aus.

Da werde ich wohl noch nacharbeiten müssen.

von Joggel E. (jetztnicht)


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Ja, so geht's auch nicht. Die Kopplung des Signales muss auf die 
Laserdiode gehen, nicht auf die Rueckkopplung. Die Rueckkopplung ist ein 
langsamer Loop.

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