Hallo, ich hab einen Transimpedanzverstärker mit Photodiode aufgebaut. Schaltung funktioniert soweit auch. Momentan hab ich den OPA380 mit einem LM2596 Modul versorgt. Das ist ja ein Schaltregler. Ich würde nun gerne die Spannungsquelle rauschärmer aufbauen. Eine Idee wäre ein LM317. Aber da gibt es bestimmt noch bessere Alternativen. Was verwendet Ihr/man so für gute Spannungsquellen. Zur Info noch: OP wird Single-Suply versorgt. Grüße
Richtig rauscharm sind Batterien oder Akkus mit Parallelkondensator. Gruß - Werner
joggl schrieb: > mit einem LM2596 Modul versorgt. Das ist ja > ein Schaltregler. Ich würde nun gerne die Spannungsquelle rauschärmer > aufbauen Ha, hier wird man wieder von Fachleuten mit Fachwissen erschlagen. Das was vom LM2596 Modul an Störungen kommt wirst du sicherlich nicht als Rauschen vernehmen sondern als Schaltfrequenz. So gesehen ist jeder Analog-Regler "rauschärmer".
Rauscharme Regler: LT3042 0.8uVrms, LP2985/3985, MAX8877/8878, TPS7A49xx/TPS79301, LT1761/LT1762/LT1763 pos 30uVrms, TPS7A47 pos 4uVrms, AP2125 extremly low noise, LDLN025 (5V 250mA 6.5uVrms) MP2009 ultra low noise, MCP1755 0.3uv/sqrt(Hz) 80dB PSSR 1kHz 40dB 20kHz Ganz so entscheidend ist das aber nicht, quasistatische Versorgungsspannungen kann man gut per RC oder LC Filter rauschmindern. Schaltreglerstörungen bekommt man schlechter weg.
Schaltungs Fachmann schrieb: > joggl schrieb: > mit einem LM2596 Modul versorgt. Das ist ja > ein Schaltregler. Ich würde nun gerne die Spannungsquelle rauschärmer > aufbauen > > Ha, hier wird man wieder von Fachleuten mit Fachwissen > erschlagen. > > Das was vom LM2596 Modul an Störungen kommt wirst du > sicherlich nicht als Rauschen vernehmen sondern als > Schaltfrequenz. > > So gesehen ist jeder Analog-Regler "rauschärmer". Ja stimmt schon. Hab das pauschal abgetan. Also konkret will ich die Spannungsversorgung so gut wie möglich mit überschaubarem Schaltungsaufwand. Also das Maximum an Qualität mit dem Minimum an Aufwand. Deswegen auch die Frage welche Linearregler gut geeignet wären. Ein Filter danach ist auf jeden Fall vorgesehen.
Die OPs sind bei den niedrigen Frequenzen schon recht gut bei der Unterdrückung von Schwankungen der Versorgung. In der Regel sollte also der LM317 gut genug sein, so dass es keinen Unterschied macht wenn man einen noch Rausch-ärmeren Regler nimmt. Weil die Regler höherfrequente Störungen nicht so gut unterdrücken lohnt ggf. an passives Filter vor dem Spannungsregler, wenn da ein Schaltregler davor ist. Viel hängt da vom Layout ab.
Hallo, > joggl schrieb: > ich hab einen Transimpedanzverstärker mit Photodiode aufgebaut. Und welche Verstärkung? Welche Frequenz? Was soll es konkret werden? Mit dem Konzept "5V-Single Supply" wird es wohl mit der Verstärkung nicht so wild sein, oder? Rauschen kommt vom Schaltregler eh nicht, sondern systematische Störungen. Da spielt viel mehr eine Rolle, wie Störfrequenzen im Verhältnis zu Nutzfrequenzen und Abtastfrequenzen stehen. > Schaltung funktioniert soweit auch. > Momentan hab ich den OPA380 mit einem LM2596 Modul versorgt. Ja nach Aufbau werden die Störungen des Reglers auch induktiv als Streufeld der Drossel und kapazitiv über alle möglichen Leitungen in deine Schaltung ausgekoppelt. Wer weiß, ob da das bischen Störung über die Stromversorgung überhaupt noch relevant ist, zumal diese ja durch Befilterung eher gut beherrschbar sind. > Eine Idee wäre ein LM317. Ja gut, der braucht dann aber mind 3V Dropspannung, so dass du eh mind. ca. 9V davor bereitstellen müßtest. Einen RLC-Tiefpass, über den bis ca. 3V abfallen dürften, wäre wohl viel wirksamer als der Regler, der gegen "scharfe" Schaltspitzen eher machtlos ist. > Aber da gibt es bestimmt noch bessere Alternativen. > Was verwendet Ihr/man so für gute Spannungsquellen. Zuerst mal versorge ich OPVs eher aus eine 12V-Spannungsversorgung. Da sind dann auch mind. einfache RC-Glieder mit 1...3V Spannungsabfall in den Zuleitungen der Betriebsspannung kein Problem. Transimpedanzverstärker habe ich in fast jedem Gerät, das ich entwickelt habe. Teilweise mit doch sehr hoher Leistungsverstärkung bis ca. 10Exp(12). Auch mit Schaltreglern in der Hauptversorgung und Ladungspumpen z.B. für neg. Spannungen spielt die Störungen über die Stromzufuhr eine völlig untergeordnete Rolle. Warum nutzt du speziell den OP380? Der braucht bis max. 10mA! Das ist für die Dimensionierung einen RC-Tiefpasses eher kontraproduktiv (Reihenwiderstand nur ca. 300 Ohm). Mit einem OPV, der nur 1mA oder weniger benötigt, kann man den RC-Tiefpass in der Grenzfrequenz um das 10-fache niedriger auslegen. Mit z.B. 3kOhm und 100uF kommst du schon auf eine Grenzfrequenz ca. 0,5 Hz. > Zur Info noch: OP wird Single-Supply versorgt. Warum? Ohne grundlegende Infos zu den konkreten Anforderungen und Randbedingungen kann man keinen guten Rat geben. Oft genug stellt sich hinterher raus, das der Fragesteller mit seinem Konzept schon tief in der Sackgasse steckt und nun das Mausloch sucht, wo er vermeintlich durchschlüpfen kann, anstatt sich mal umzudrehen und auf die Hauptstraße zurück zu gehen. Gruß Öletronika
Also das Konzept ist folgendes: Photodiode --> TIA --> OPV(zur Spannungsverstärkung). Bandbreite 2MHz bis 30MHz. Rückkopelwiderstand vom TIA ist 1k um die hohe Bandbreite zu erreichen. Diodenkapazität ca. 10pF. wird noch vorgespannt und somit geringer. Ziel ist es ein Photostrom von min. 1uA zu verstärken auf ca 1V. Singel-Suply deswegen weil ich mir die neg. Versorgungsspannung sparen will. Relaisierbar wäre die mit einer Ladungspumpe. Aber ob das sinnvoll ist? Versorgungsspannung für den Spannungsregler ist ausreichend vorhanden (ca. 30V). Ich hab in der Simulation auch noch mit dem OPA659 gearbeitet statt dem OPA380. Aber das macht ja für die Versorgung kaum einen Unterschied beim Aufbau.
Vorteil von dem OPA659 gegenüber dem OPA380 wäre die höhere GBW und eine Versorungsspannung von bis zu 13V
So sieht mein Plan momentan aus. Kritik/Anregungen gerne hervorbringen. Gibt bestimmt etwas was man besser machen kann.
Vermutlich wird der Verzicht auf eine ordentliche bipolare Versorgung weitaus mehr Rauschen ueber eintragen als die Einsparung wert ist.
Ich würde analoge Spannungsregler mit geeigneten Kondensatoren bzw. Elkos bevorzugen... Da rauschen dann nur mehr die Widerstände und diverse Halbleiter in der angeschlossenen Schaltung - meine Meinung...
oerks schrieb: > Vermutlich wird der Verzicht auf eine ordentliche bipolare Versorgung > weitaus mehr Rauschen ueber eintragen als die Einsparung wert ist. Oerks! Komm mal im Jahr 2018 an und nimm mal was Moderneres als den TL072. Der OPA380 ist durchaus Single-Supply fähig.
So, ab jetzt bin ich unter diesem Namen im Forum unterwegs. Nicht mehr als joggl(Gast).... Also stand der Dinge ist. Filter - - > linearregler - - > Filter. Oder kann ich den ersten Filter sparen. Genug Versorgungsspannung wäre da um Filter einzubauen.
joggl schrieb: > Also das Konzept ist folgendes: Photodiode --> TIA --> OPV(zur > Spannungsverstärkung). Dann schau evtl. mal hier https://www.electrooptical.net/static/oldsite/www/frontends/frontends.pdf Das Thema "Photodiode --> TIA --> OPV" wurde hier schon oft diskutiert.
> Der OPA380 ist durchaus Single-Supply fähig.
Das Rauschen der virtuellen Masse geht mit in das Eingangsrauschen ein.
Es ist eben nicht Ground...
oerks schrieb: > Das Rauschen der virtuellen Masse geht mit in das Eingangsrauschen ein. Wer behauptet denn, dass er eine virtuelle Masse braucht?
oerks schrieb: > Das Rauschen der virtuellen Masse geht mit in das Eingangsrauschen ein. > Es ist eben nicht Ground... Wenn man es richtig macht wird das Rauschen der Virtuellen Masse nicht verstärkt, sondern entsprechend des CMRR noch abgeschwächt. De Frage ist vor allem eine nach dem Aufwand - bei einer größeren Schaltung ist eine virtuelle Masse ggf. der größere Aufwand. Auf eine Ladungspumpe sollte man eher verzichten - das sind auch gerne Störquellen, ggf. schlimmer als normale Schaltregler. Soweit ich weiss ist der OPA380 gut für DC, aber eher nicht so sehr schnell. Bei bis zu 30 MHz ist die Frage ob ein klassischer TIA mit OP passt. Da fangen irgendwann auch diskret aufgebaute Verstärker an interessant zu werden, ggf. mit einem Transistor in Basisschaltung / Gate Schaltung am Eingang. Bei 1-10 MHz ist filtern einfacher als ein extra Rauscharmer Regler - in dem Frequenzbereich wird da nicht mehr viel geregelt.
Okay also die Erkenntnis das der OPA380 nicht optimal ist hatte ich auch schon. Deswegen fokussier ich den Aufbau mit dem opa659. Schaltplan siehe oben. Ist in der simulation auch einwandfrei bis 60MHz. Mehr als ich brauch. Jetzt noch die Spannungsversorgung. Würde ein rcl Filter vor den Linearregler und danach nochmal ein rcl. Dann noch die Frage wie ich die Bauteile des Filters dimensioniere.
Johannes W. schrieb: > Okay also die Erkenntnis das der OPA380 nicht optimal ist hatte ich auch > schon. Deswegen fokussier ich den Aufbau mit dem opa659. Schaltplan > siehe oben. Ist in der simulation auch einwandfrei bis 60MHz. Mehr als > ich brauch. Jetzt noch die Spannungsversorgung. Würde ein rcl Filter vor > den Linearregler und danach nochmal ein rcl. Dann noch die Frage wie ich > die Bauteile des Filters dimensioniere. Such einmal nach "Capacitor multiplier" an, kostet nicht viel und kann - richtig eingesetzt - Wunder wirken. MiWi
> Such einmal nach "Capacitor multiplier" an, kostet nicht viel und kann > - richtig eingesetzt - Wunder wirken. > > MiWi Interessant. Aber ich hab keine Platzprobleme. Also kann ich auch große Kapazitäten verwenden. Und ich würde es gerne simpel halten. Also nur passive Filter.
Da du eh einen linearen Regler einplanst brauchst Du beim RLC Filter nicht übertreiben. Er muss ja nur das wegfiltern, was der Regler nicht schafft. Meiner Erfahrung nach fährt man besser, wenn man die Filter nicht zu brutal dimensioniert. Ich nehme daher mal 10khz Grenzfrequenz als Ausgangspunkt. Spule: 470µH. Geschirmte Bauform hilft gegen Einstreuung. Wähle eine Spule deren Innenwiderstand nicht zu niedrig ist. So um die 2-3 Ohm. Du willst ja einen Filter und kein Schwingkreis. Ansonsten sind die Ansprüche nicht sonderlich hoch. Strombelastbarkeit muss halt noch passen. Für die Kondensatoren 1µF und 100nF parallel als Startwert. Für den Widerstand würde ich mit 10 Ohm anfangen damit der Filter nur minimal überschwingt aber nicht zu viel Spannungsdrop hat. Das ganze dann mal aufbauen und schauen ob es schon tut.
joggl schrieb: > So sieht mein Plan momentan aus. Kritik/Anregungen gerne hervorbringen. > Gibt bestimmt etwas was man besser machen kann. 1.) Erhöhe die Verstärkung der ersten Stufe und verzichte auf die zweite. Um das Rauschen beim TIA gering zu halten soll 100% der notwendigen Verstärkung schon vom TIA erledigt werden. 2.) Um das dann auftretende Problem mit dem Umgebungslicht zu eliminieren verwendest Du eine Schaltung wie hier: https://e2e.ti.com/support/amplifiers/precision_amplifiers/f/14/p/182579/659287#659287 3.) Dein Rauschen kommt nicht über die Versorgungsspannung, in diese Richtung musst Du also überhaupt nicht weiterforschen.
Bernd K. schrieb: > joggl schrieb: >> So sieht mein Plan momentan aus. Kritik/Anregungen gerne hervorbringen. >> Gibt bestimmt etwas was man besser machen kann. > > 1.) Erhöhe die Verstärkung der ersten Stufe und verzichte auf die > zweite. Um das Rauschen beim TIA gering zu halten soll 100% der > notwendigen Verstärkung schon vom TIA erledigt werden. > > 2.) Um das dann auftretende Problem mit dem Umgebungslicht zu > eliminieren verwendest Du eine Schaltung wie hier: > https://e2e.ti.com/support/amplifiers/precision_amplifiers/f/14/p/182579/659287#659287 > > 3.) Dein Rauschen kommt nicht über die Versorgungsspannung, in diese > Richtung musst Du also überhaupt nicht weiterforschen. Wenn ich die Verstärkung vom Tia weiter erhöhe sinkt meine Grenzfrequenz. Hab mit dem opa659 noch etwas Spielraum den ich dann durch Messen nach dem Aufbau möglichst gut noch zu nutzen versuch.
Wegen der hohen Frequenzen geht es ggf. nicht anders als den Gain des TIA nicht so hoch zu wählen. Die Bedeutung des Widerstandes für das Rauschen nimmt bei den hohen Frequenzen sowieso ab - da wird dann oft das Spannungsrauschen des OPs mal der Eingangskapazität die dominierende Rauschquelle. Entsprechend lohnt die Vorspannung des Detektors auch für weniger rauschen und man sollte auch auf parasitäre Kapazitäten achten. D.h. der erste Verstärker sollte direkt an den Detektor. In der Schalung oben ist der Widerstand vom Ausgang des TIA nach Masse ungewöhnlich und ggf. störend, weil er ggf. Signal auf die Masse koppelt. Bei den hohen Frequenzen (schnellen OPs) sollte man ggf. die Verstärkerstufen getrennt filtern, um da eine Kopplung über die Versorgung zu verhindern.
Sollte ich den Lastwiderstand am TIA Ausgang dann lieber weglassen. Und den Widerstand am nichtinvertierenden Eingang vorm Spannungverstärker dann auch. Den hab ich in der Simulation hinzugefügt, dass etwas sinnvolles raus kam.
Moment. Den Widerstand am nichtinvertierenden Eingang braucht man für den Offset. Muss also bleiben.
Den Lastwiderstand am Ausgang des TIA (R8) sollte man lieber weglassen. Anders als klassische HF Schaltungen brauchen die OPs die extra Last nicht. Ein Punkt der mir noch aufgefallen ist, ist die Vorspannung. Die sollte sehr Rauscharm sein und ggf. auch gleich den Offset der 2. Stufe mit bestimmen, so dass in 1. Näherung da nichts nach außen kommt.
Hallo, > joggl schrieb: > Also das Konzept ist folgendes: Photodiode --> TIA --> OPV(zur > Spannungsverstärkung). Bandbreite 2MHz bis 30MHz. Was das nun werden soll, ist weiterhin etwas unklar. Wie sieht es mit Umgebungslichtempfindlichkeit aus? Bei der geringen Verstärkung wohl eh kein so ernstes Problem und offenbar brauchst du auch nur das AC-Signal. > Rückkopelwiderstand vom TIA ist 1k um die hohe Bandbreite zu erreichen. Aha, die Bandbreite ist ja nicht ganz harmlos. Es ist wohl so, dass viele Bastler beim Stickwort TIA (was ja nur eine Schaltungsvariante für OPV ist), zwanghaft nach OPV suchen, die dann explizit mit dem Begriff "Transimpedanz" oder "TIA" beworben werden, ohne die Hintergründe zu issen. Das mußt du nicht. Suche den OPV nach den Parametern aus, die für deine Anwendung gut sind, also erstmal ziemlich hohe Bandbreite, dann ausreichend kleiner Biasstrom (kann bis in Bereich von nA gehen), Rauschen, Bauform und natürlich auch Betriebsspannungsbereich. > Diodenkapazität ca. > 10pF. wird noch vorgespannt und somit geringer. Das bringt erhebliche Vorteile bei der Dynamik. Auch hier ist eine neg. Hilfsspannung sinnvoll. Mit höherer Dynamik kannst du aber auch die Verstärkung der ersten Stufe deutlich erhöhen und bekommst damit schon mal weniger Rauschen. > Ziel ist es ein > Photostrom von min. 1uA zu verstärken auf ca 1V. Da sollte die Rückkopplung möglichst schon eher im Bereich von 10 kOhm ... 100 kOhm liegen. > Singel-Suply deswegen weil ich mir die neg. Versorgungsspannung sparen > will. Relaisierbar wäre die mit einer Ladungspumpe. Aber ob das sinnvoll > ist? Warum nicht? Mache ich regelmäßig. Man muß aber natürlich auch hier aufpasssen, dass man sich keine Störungen einfängt -> gut befiltern! > Versorgungsspannung für den Spannungsregler ist ausreichend vorhanden > (ca. 30V). > Ich hab in der Simulation auch noch mit dem OPA659 gearbeitet statt dem > OPA380. Aber das macht ja für die Versorgung kaum einen Unterschied beim > Aufbau. Ich denka auch, dass das ursprüngliche Thema wohl eher das geringste ist, das du zu lösen hast. Gruß Öletronika
U. M. schrieb: > Was das nun werden soll, ist weiterhin etwas unklar. > Wie sieht es mit Umgebungslichtempfindlichkeit aus? > Bei der geringen Verstärkung wohl eh kein so ernstes Problem und > offenbar brauchst du auch nur das AC-Signal. Empfängerschaltung die Lichtsignale bis 30Mhz empfangen soll. Es geht dabei nur um den AC Anteil wie du schon erkannt hast. Umgebungslichtempfindlichkeit hätte ich einfach durch den Koppelkondensator gelöst zwischen den beiden OPVs. Hab ich momentan mal mit 1uF vorgesehen. Ob das passt wird sich zeigen. Oder gibts da eine Dimensionierungsregel/hilfe? >> Rückkopelwiderstand vom TIA ist 1k um die hohe Bandbreite zu erreichen. > Aha, die Bandbreite ist ja nicht ganz harmlos. Mit dem OPA659 hab ich den Widerstand auf 4k erhöht. 1pF parallel dazu um das Peaking zu dämpfen. > Suche den OPV nach > den Parametern aus, die für deine Anwendung gut sind, also erstmal > ziemlich hohe Bandbreite, dann ausreichend kleiner Biasstrom (kann bis > in Bereich von nA gehen), Rauschen, Bauform und natürlich auch > Betriebsspannungsbereich. Da sollte ja der mitlerweile fokusierte OPA659 gut geiegnet sein. >> Ziel ist es ein >> Photostrom von min. 1uA zu verstärken auf ca 1V. > Da sollte die Rückkopplung möglichst schon eher im Bereich von 10 kOhm > ... 100 kOhm liegen. werd ich nur erreichen wenn ich auf Bandbreite verzichte. Das ist leider keine Option. >> Singel-Suply deswegen weil ich mir die neg. Versorgungsspannung sparen >> will. Relaisierbar wäre die mit einer Ladungspumpe. Aber ob das sinnvoll >> ist? > Warum nicht? Mache ich regelmäßig. Man muß aber natürlich auch hier > aufpasssen, dass man sich keine Störungen einfängt -> gut befiltern! > Ich denke ich teste das erst mal mit Single-Supply. Vorteilhaft bei dem Aufbau mit neg. Versorgungsspannung wäre die Einsparung der Offsetspannung. Was hätte ich noch für Vorteile? Möglich wäre der Aufbau mit den Integriere zur Kompensation des Gleichanteils. Aber den will ich auch nicht so gern aufbauen. Zumal ja mein TIA nicht in den Bereich kommt, wo er am Limit ist wegen dem DC Offset(Aufgrund des eher geringen Rückkoppelwiderstandes).
Hallo, Schaltung ist aufgebaut und funktioniert gut. Nur der OPA659 wird warm. Hat jemand eine Idee woran das liegen kann? Im Anhang nochmal ein aktueller Schaltplan, wie es verschalten ist.
Vielleicht ist in Deinem Layout die thermische Anbindung an die Kühlfläche etwas suboptimal ausgefallen und führt die 400mW Ruheleistung nur teilweise ab? Je nach Layout hat der Die in der Betriebsart 20..80K über Ambient... ;)
Layout sieht so aus. Nicht optimal hinsichtlich der Wärmeabfuhr.
Johannes W. schrieb: > Layout sieht so aus. Nicht optimal hinsichtlich der Wärmeabfuhr. Das nenne ich mal Understatement. ;) Scherz beiseite: Du hast da einen flotten OPAMP ausgesucht. Geschwindigkeit geht meistens über Strom. Das Datenblatt nennt einen Ruhestrom von ca. 35mA, Du hast eine Versorgungsspannung von 12V. Außerdem wird ein Beispiellayout gezeigt. Spätestens das Wärmepad am Gehäuse sollte einen Designer stutzig machen. Zum Glück hast Du eines der großen Gehäuse gewählt, in Deiner Anwendung wird das wohl funktionieren. Und bei der nächsten Bauteileauswahl wirst Du bestimmt das Datenblatt gründlicher lesen.
Marcus H. schrieb: >... > Zum Glück hast Du eines der großen Gehäuse gewählt, in Deiner Anwendung > wird das wohl funktionieren. Und bei der nächsten Bauteileauswahl wirst > Du bestimmt das Datenblatt gründlicher lesen. Das große SO08-Gehäuse ist der OPA847, der OPA659 ist im unsichtbaren SOT25 links davon. TI erwähnt im Datenblatt kapazitive Lasten im pF-Bereich schon als bedenklich, vielleicht schwingt deine Schaltung fröhlich vor sich hin. Deine Spannungsteiler für die Mittenspannung ruinieren die PSSR. Arno
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Bearbeitet durch User
Okay. Und wie kann ich die Probleme am besten lösen? Das mit dem Schwingen werde ich überprüfen. Den Koppelkondensator dazu auslöten und dann mal sehen wie es ist. Aber wie löse ich das mit dem Spannungsteiler?
Am Eingang ist VCC- die Bezugsspannung, ansonsten die halbe Betriebsspannung. Da werden Schwankungen der Betriebsspannung mit verstärkt. Da reicht ein einziger Spannungsteiler mit Entkoppelkondensator.
Arno H. schrieb: > Marcus H. schrieb: >>... >> Zum Glück hast Du eines der großen Gehäuse gewählt, in Deiner Anwendung >> wird das wohl funktionieren. Und bei der nächsten Bauteileauswahl wirst >> Du bestimmt das Datenblatt gründlicher lesen. > > Das große SO08-Gehäuse ist der OPA847, der OPA659 ist im unsichtbaren > SOT25 links davon. Ah, danke. Hab nur mit halbem Auge auf das Layout geschaut. In dem Fall wird das Teil natürlich deutlich wärmer.
Hier noch der Hinweis auf Walt Jungs Artikel "Regulators for High Performance Audio", ein Klassiker. http://www.audioxpress.com/article/Sources-101-Audio-Current-Regulator-Tests-for-High-Performance-Full-Article
Wenn du so tief gräbst, will ich auch noch einige auf den Markt werfen. Die Site waltjung.org scheint momentan nicht erreichbar zu sein, dort gibt es jede Menge Lesestoff von ihm. Arno
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