Guten Tag zusammen, ich messe mit einer Photodiode sehr kleine und kurze Lichtblitze in einer abgedunkelten Kammer / Rohr. Hierfür verstärke ich das Signal aus der Photodiode in einem typischen Transimpedanzverstärker (Siehe Zeichnung ohne Aufbau im Bereich "Optional"). Das verstärkte Signal aus dem ersten (in Zeichnung unten) Op-Amp werte ich mit einem zweiten Op-Amp als Comparator aus. Mit dem Spannungsteiler R1 / RV1 kann ich die Vergleichsspannung und damit die Empfindlichkeit der Messung einstellen. Mit dem Ergebnis bin ich schon recht zufrieden, allerdings habe ich immer wieder Schwierigkeiten mit EMF-Störungen. Ich konnte das Ergebnis durch umfangreichere Schirmung zwar halbwegs stabilisieren, aber ganz los werde ich das Problem einfach nicht. Nun kam mir in den Sinn, eine zweite Photodiode mit einem zweiten, identischen Transimpedanzverstärker anzubringen und als Referenz zu verwenden, in dem ich das Ergebnis in die Vergleichsspannung einbeziehe. Siehe Zeichnung im Bereich "optional". Die Photodiode wäre natürlich nicht auf die zu messenden Lichtblitze ausgerichtet, sollte aber die identische Störung einfangen und die Störung dadurch im Comparator in der Zeichnungsmitte "eliminieren". Ist dieser Aufbau halbwegs sinnvoll, oder ist das Unsinn? Wie sind Eure Gedanken und Empfehlungen dazu? Herzlichen Dank für jede Hilfe, viele Grüße, Dominik
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> Ist dieser Aufbau halbwegs sinnvoll, > oder ist das Unsinn? Geht eher in die Richtung Unsinn. :) Sowas ist sinnvoll wenn du Offsetprobleme haettest, Alterung deiner Photodiode, stark schwankende Umgebungshelligkeit, also eher was in Richtung Gleichspannungsprobleme.... > allerdings habe ich > immer wieder Schwierigkeiten mit EMF-Störungen. DAs deutet aber eher auf Stoerungen in hoeheren Frequenzbereichen hast. Die Loesungen dafuer sehen so aus: 1. Vernuenftiger Aufbau, Platine, Leitungsfuehrung, geschirmte Leitungen, saubere Versorgung 2. Grenzfrequenz deines TIAs an deinen Arbeitsbereich anpassen 3. zusaetzlicher Filter fuer deinen Arbeitsbereich. Olaf
Kleiner top dein Poti würde ich den pin 3 nichtoffenlassen sondern mit dem variablen Pin 2 verbinden ist meist stabiler im verhalten.
CP2 ist verpolt. Wie sieht dein Aufbau aus, was sagt die Betriebsspanungaufbereitung, was die Eingänge? Spendiere dem, als komparator beschalteten OPV eine Hysterese. Die Referenz kannst Du aus deinem Signal mittels Tiefpass gewinnen. Wie hoch ist die Signalamplitude aus dem "unteren" OPV beim Lichtblitz? Wie kurz ist jener?
Hallo zusammen, herzlichen Dank für die vielen sehr hilfreichen Antworten! Olaf schrieb: > Sowas ist sinnvoll wenn du Offsetprobleme haettest, Alterung deiner > Photodiode, stark schwankende Umgebungshelligkeit, also eher was in > Richtung Gleichspannungsprobleme.... OK, schwankende Umgebungshelligkeit ist zwar nicht stark vorhanden, aber auch nicht "weg". Eine Lösung solcher für mich derzeit nachgelagerter Probleme würde mich auch nicht stören. ;-) Wäre der Aufbau dafür hilfreich oder immer noch Unsinn? Eine Alternative wäre, ich führe mit der einen Photodiode Probemessungen durch und verwende halt das als Referenz der Umgebungsbeleuchtung. Das wäre dann halt aber immer nur ein einmaliges Bild und ich müsste RV1 dann wohl irgendwie vom MC aus steuern. Olaf schrieb: > 1. Vernuenftiger Aufbau, Platine, Leitungsfuehrung, geschirmte > Leitungen, saubere Versorgung Nach meiner laienhaften Beurteilungen sollte das passen. Die Schaltung ist sehr klein und die Photodiode sitzt direkt auf der (gedruckten) Platine. Ich hab die Photodiode mit der starken Verstärkung jedoch im Verdacht, Störungen geradezu anzusaugen. Und die Photodiode kann ich nach vorne leider nicht abschirmen. > 2. Grenzfrequenz deines TIAs an deinen Arbeitsbereich anpassen > > 3. zusaetzlicher Filter fuer deinen Arbeitsbereich. Das versuche ich natürlich. Dies scheint für Laien wie mich allerdings am schwierigsten zu sein. Ich werde das nochmal genauer prüfen! mahwe schrieb: > Kleiner top dein Poti würde ich den pin 3 nichtoffenlassen sondern mit > dem variablen Pin 2 verbinden ist meist stabiler im verhalten. Danke, wird gemacht! äxl schrieb: > CP2 ist verpolt. Wie sieht dein Aufbau aus, was sagt die > Betriebsspanungaufbereitung, was die Eingänge? > Spendiere dem, als komparator beschalteten OPV eine Hysterese. > Die Referenz kannst Du aus deinem Signal mittels Tiefpass gewinnen. Wie > hoch ist die Signalamplitude aus dem "unteren" OPV beim Lichtblitz? Wie > kurz ist jener? Huh, einige Worte muss ich erst mal googlen. :-) Meine Signalamplitude beginnt bei etwa 45kHz und kann sehr viel Länger werden. "Sehr viel" ist wahrscheinlich sowas wie 5kHz, oder 1... Da muss ich noch experimentieren. Kann auch sein, dass sich größere "Blitze" - es sind Reflexionen - dann auch aufteilen und sich als mehrere kleine darstellen. Die Spannungsversorgung hab ich eben noch hochgeladen. Als Spannungsquelle dient ein kleiner Akku. Mit dem TLV75533 hab ich momentan aber noch Problemchen und ich lasse ihn derzeit immer weg und überbrücke nur. Andere Baustelle. :-/ Mein Hauptproblem mit den Störungen ist, dass ich sie nicht wirklich kenne. Meistens treten die Probleme auf, wenn das Gehäuse verschraubt ist und ich weit weg von meinem Oszilloskop bin. Der Happy-Path in der Werkstatt läuft natürlich! Ich vermute aber, damit bin ich nicht allein und so ist das eben. ;-) Viele Grüße! Dominik
Dominik F. schrieb: > Mein Hauptproblem mit den Störungen 1.Mal mit stabilerer Spannungsquelle getestet? Stützkondensatoren am IC? 2.Je hochohmiger ein Aufbau ist, desto schöner können auch Störungen sein. 3.Je mehr man verstärken muß, desto schöner wird aller Mist auch verstärkt. 4.Wenn es nicht so zeitkritisch wäre, würde ich lieber einen Fototransitor benutzen. Dann ist das Signal größer.
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Hier noch das Bild zur Spannungsversorgung. Das gehört zu meinem letzten Beitrag, bei dem es leider nicht mitwollte.
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Die meisten Spannungsregler wollen am Eingang eine Abblockung bis zu hohen Frequenzen. D.h. ein der Regel Elko + einen ca. 100 nF keramischen Kondensator. Hinter dem Regler sollte man im Datenblatt nachsehen. In der Regel passen auch da 2 Kondensatoren: eher kleiner Elko + ggf. ein keramischer. Dazu dann ggf. einer am OP. Der TIA sieht extrem langsam aus. Ein Elko im Feedback ist für wenig Licht keine gute Wahl. Ich hätte da eher so etwas im Bereich 10 pF erwartet. Die Wahl des OPs ist ggf. auch wichtig - einige alte Typen zeigen popcorn rauschen, dass ggf. mit externen Pulse verwechselt werden kann. Ein falscher OP kann auch so deutlich rauschen. Für den Untergrund kann man eher das Ausgangssignal filtern, so dass die sehr niedrigen Frequenzen nicht mehr zum Komparator gelangen. Wenn es schnell sein soll, sollte die photodiode auch mehr Vorspannung bekommen.
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Hi, danke erneut für die Antworten! Lurchi schrieb: > Der TIA sieht extrem langsam aus. Ein Elko im Feedback ist für wenig > Licht keine gute Wahl. Ich hätte da eher so etwas im Bereich 10 pF > erwartet. Ich hab da einen Keramikkondensator mit 1pF. In diesem Messaufbau hatte ich damit die besten Ergebnisse aber natürlich auch viel Störung. Bei 10pF ist mein Signal dann teilweise verschwunden. > Die Wahl des OPs ist ggf. auch wichtig - einige alte Typen zeigen > popcorn rauschen, dass ggf. mit externen Pulse verwechselt werden kann. > Ein falscher OP kann auch so deutlich rauschen. Ich verwende den TSV911 (https://www.st.com/en/amplifiers-and-comparators/tsv911.html) Im Datasheet von ADA4817 hab ich einen ähnlichen Aufbau wie von mir in Eingangsposting angedacht (s.h. Anhang) gefunden. Beim Betrachten ist mir mal wieder eine Grundsatzfrage aufgekommen, die auch die Ursache meiner Probleme sein könnte: Im ADA4817-Beispiel ist die Spannungsversorgung von VCC bei allen drei Op-Amps erneut mit zwei Kondensatoren stabilisiert. Ist das so üblich / notwendig? Ich hatte in meiner Schaltung versucht, die Spannungsstabilisierung einmalig zu lösen und dann an alle Verbraucher zu verteilen. Da hängen dann also nicht nur Op-Amps, sondern auch MC und Display und solche Dinge mit dran. Da hab ich wohl einen Denkfehler? Direkt vor jedem Verbraucher stabilisieren ist notwendig? Danke und viele Grüße, Dominik
µC und schnelle OPs (d.h. etwa ab 5 MHz GBW) sollten lokale Kondensator(en) der Versorgung haben. Je nach µC braucht man mehrere Kondensatoren - etwa je einen je VCC Pin. Für einen OP reicht ggf. auch ein Kondensator je Chip. Empfindliche OPs und µC sollte man schon trennen, d.h. auch mit langsameren OPs sollte man da getrennte Kondensatoren haben. Der TSV911 ist schon keine so falsche Wahl: nicht besonders Rauscharm, aber schnell. Es geht rauschärmer (z.B. MCP6021, OPA197(5 V)), muss aber erst einmal nicht. Vor allem der µC braucht unbedingt lokale Kondensatoren. Auch die Leiterführung sollte schon passen: d.h. die Versorgung geht erst zum Kondensator und von da nur zum µC auf kurzem Wege. Im Zweifelsfall würde ich auch Ferrite oder kleine Widerstände in der VCC Verbindung einplanen, um Störungen die vom µC ausgehen können zu reduzieren. Der OP sollte auch 1 Kondensotor (single supply sollte einer ausreichen). Im zweifelsfall ggf. noch ein Elko dazu - der muss aber nicht so nahe ran. Für die Abtrennung einen Untergrundes dürfte ein Hochpass filter passender sein als der 2. OP / empfänger. Einen Komparator haben viele µCs übrigens schon drin - d.h. da braucht man ggf. keinen externen mehr.
Du brauchst bei diesem Aufbau unbedingt ein EMI-Shield über dem Transimpedanzverstärker, hast du das? Wenn du Leiterbahnen oder auch nur herausguckende IC-Pins auf der Rückseite hast, auch dort. Du kannst an der Stelle, wo die Photodiode ist, ein Loch bohren, das schadet nicht.
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Hallo, vielen Dank für die hilfreichen Antworten. Ich habe versucht, das umfangreiche Feedback in meine Schaltung einfließen zu lassen. Sieht das soweit gut aus? Einige Werte (u.a. R7 und R8) werde ich nochmal nachrechnen, aber das mach ich während das Board in Druck ist. :-) Lurchi schrieb: > µC und schnelle OPs (d.h. etwa ab 5 MHz GBW) sollten lokale > Kondensator(en) der Versorgung haben. Zu den "lokalen Kondensatoren" hab ich da gleich nochmal eine - wahrscheinlich sehr dumme - Anschlussfrage. Meine Platinenrückseite ist GND und meine Plationenvorderseite VCC. Genügt es nun, den Kondensator in die Nähe des Verbrauchers zu bringen und die Versorgung weiterhin ohne extra Leiterbahn durch die Fläche erfolgen zu lassen? Oder wäre das dann der geeignete Einsatz einer Ferritperle zwischen C1/2 und V und einem extra Leiter zwischen C1/2 und U2/7? (Sorry, im schwarzen Bild passen die Bezeichnungen nicht zum ersten Bild und ich bekomme die Bilder nicht mehr getauscht.) Ein "EMI-Shield" hatte ich auf der Oberseite - wusste bis jetzt aber nicht, dass es so heißt. Dieser fehlende Fachwortschatz ist für mich oft das größte Hindernis beim Lernen, da es das Suchen so erschwert. An der Unterseite hatte ich bisher keinen Schirm an der Platine, sondern statt dessen versucht einen Schirm um das komplette anschließende Gehäuse zu machen - mit mäßigem Erfolg. Ich werde das nochmal Verändern und für die Unterseite eine Schirmung bauen, aus der nur die Photodiode raus steht. Danke und viele Grüße, Dominik
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Dominik F. schrieb: > für die > Unterseite eine Schirmung bauen, aus der nur die Photodiode raus steht. Die Photodiode solltest du besser unter der Schirmung "in Deckung" belassen. Wenns wirklich langäugig herausgucken muss, nimm LWL. Beispiel: https://www.tme.eu/Document/08158cf9558b17248efdda30216ca472/1292.5001.pdf
Oder zumindest eine Photodiode in einem Metallgehäuse, welches man wohldefiniert anbinden kann, das hilft schon ziemlich viel gegenüber Plastik.
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