¿Cómo se sincronizan los LED? (¿Cómo se mide la latencia del pulso?)

Un método económico para medir las limitaciones de tiempo de aumento y caída de una forma de onda arbitraria, es comenzar con una onda cuadrada de una frecuencia moderada y luego aumentar sistemáticamente la frecuencia mientras se mantiene constante el ciclo de trabajo al 50%.

La intensidad promedio de la luz emitida se mide fácilmente, incluso al usar algo tan básico como una celda CdS resistor dependiente de la luz (LDR) .

A medida que aumenta la frecuencia de conmutación, las pendientes de subida y bajada se convierten en factores dominantes en la intensidad de la señal resultante, como se ilustra en el siguiente gráfico:

Tengaencuentaquelapendienteascendentey,porseparado,lapendientedescendente,soncasiidénticasparaseñalesde50a200MHz.Loquecambiaeslacantidaddetiempoporcicloquelaseñalpermanecealtaobaja.A200MHz,laintensidaddelLEDnuncallegaalameseta.

• Parafrecuenciasmuybajas,laintensidadpromedioesrazonablementecercanaal50%,dominadaporlameseta"on" y la meseta "off".
• A medida que aumenta la frecuencia, los bordes inclinados ocupan una parte significativa de cada ciclo de tiempo, por lo que la intensidad percibida promedio comienza a disminuir.
• Una vez que la frecuencia alcanza un nivel en el que el LED no se puede encender completamente, la intensidad promedio percibida desciende mucho más rápido.

En el experimento del que se tomó la gráfica ( el documento no está accesible públicamente ), las intensidades medidas promedio se informaron como:

• 49.125% a 50 MHz
• 43% a 100 MHz
• 31.6% a 200 MHz (observe la caída drástica de la intensidad)

Por lo tanto, con medios no exóticos de tecnología bastante baja, se puede determinar la suma de los tiempos de aumento y caída del LED.

Para distinguir entre los valores de aumento y de tiempo de caída, el mismo ejercicio se repite con diferentes ciclos de trabajo, minimizando alternativamente la meseta "on" y la meseta "off" a la insignificancia. Por lo tanto, se puede determinar la contribución y, por lo tanto, la duración de cada uno de los bordes. Realmente no entiendo las matemáticas de este último bit, así que se lo dejo a otra persona para explicarlo.

Es posible medir pulsos ópticos de LED y láseres a picosegundos de resolución, y es algo que hago regularmente como persona de electrónica / fotónica. El truco es trabajar en el dominio del tiempo.

Para dar un ejemplo de esto, he visto fotodiodos que muestran anchos de banda de GHz, 40 GHz se citan en una respuesta anterior. Sin embargo, me imagino que un detector de este tipo sería bastante costoso y, en segundo lugar, necesitaría un osciloscopio con un ancho de banda que coincida para registrar la forma de onda resultante para el análisis (lo que sería terriblemente costoso, solo he visto tales ámbitos prestados día tras día ¡base!).

Los convertidores de Time to Digital (TDC) tienen resoluciones de 100ps o menos, con dispositivos modernos de bajo costo que generalmente tienen una resolución de ~ 30ps. Los detectores de fotones individuales a menudo tienen resoluciones eléctricas de un orden similar, por lo tanto, las mediciones de tiempo son factibles (¡sin presupuestos estúpidos!) A ~ 30ps. Una técnica conocida como conteo de fotones único correlacionado en el tiempo (TCSPC) puede utilizarse para medir el pulso óptico del LED a una resolución determinada por la configuración experimental. TCSPC es esencialmente la histogramación de las diferencias de tiempo entre dos canales TDC. Es decir. mida la diferencia de tiempo entre dos señales un millón de veces, y forme un histograma de diferencias de tiempo.

El proceso es el siguiente:

1. Encienda el LED desde una fuente pulsada. Utilice el disparador para la fuente de pulsos como la entrada de INICIO de su dispositivo TCSPC (es decir, ¡comience a medir el tiempo!)
2. El LED debe ser "visto" por el detector de fotones individuales < < 0.1 del tiempo. Esto es esencial. Los detectores de fotones individuales tienen tiempos muertos (es decir, cuando ves un fotón, estás ciego por aproximadamente 50 ns). Si siempre detecta el primer fotón emitido por el LED, no medirá el pulso óptico real del LED (suponiendo que el pulso óptico sea más corto que el tiempo muerto). Ver 0,1 o menos de los fotones permite que el detector "vea" al azar fotones en cualquier lugar dentro del pulso óptico. Este requisito de 0.1 se logra atenuando ópticamente la luz a través de filtros de densidad neutra.
3. La salida eléctrica del detector ahora se utilizará como la entrada de PARADA de su dispositivo TCSPC. (Es decir, deje de medir el tiempo. Agregue la diferencia de tiempo, STOP-START al histograma).
4. Este proceso se repite aproximadamente un millón de veces, hasta que se obtenga un histograma estadísticamente válido. El histograma de diferencias de tiempo representa el pulso óptico de la fuente de luz con alta resolución temporal.

Hay algunos documentos y libros muy buenos de Wolfgang Becker de Becker y Hickl (disponibles gratuitamente) que describen este proceso y otros con mucho más detalle.

Espero que ayude! Rico

Los fotodiodos son bastante rápidos. Se utilizan en comunicaciones por cable óptico que exceden varios bits de giga por segundo. Solo los he usado a bits de subgiga por segundo, pero creo que deberían poder medir un período de luz que está por debajo de 0,1 nano segundos (lo que sin duda es aceptable para la mayoría de los LED estándar y algunos diodos láser). / p>

La velocidad de fotogramas de un LED que se está encendiendo y apagando no es realmente necesaria para determinar la capacidad de pulsación de la luz, habría pensado.

Medir el tiempo hasta períodos de pico segundos es algo que está más allá de mi conocimiento, así que tal vez alguien más lo cubra.

Utilizan fotodiodos y otros detectores ópticos de alta velocidad. Puede obtener fotodiodos con anchos de banda muy amplios. Este tiene un ancho de banda de 40 GHz, por lo que debería tener un tiempo de subida de alrededor de 9 picosegundos (BW es aproximadamente 0.35 / tiempo de subida).

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