Sugerencias para conectar un fotodiodo en el rango de MHz

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La tarea en cuestión es leer las variaciones de la luz entrante a velocidades de hasta 1 MHz, con cierta capacidad de rango dinámico (10-1000lx con 1% de precisión sería suficiente).

Se utiliza en un dispositivo que mide la calidad de la iluminación (detección de parpadeo en fuentes de luz y luces de fondo). El parpadeo de la luz generalmente está en el rango de kHz, pero hemos medido una iluminación CFL de oficina que tiene un pequeño "rizado" de 100 kHz. Supongo que para analizar una señal de 100 kHz al menos en algún grado, se necesitaría una frecuencia de muestreo de 1 MHz o más.

Tengo preguntas sobre la parte analógica y digital de esto :)

La parte analógica de la pregunta es cómo conectar el fotodiodo (SFH213). He leído que un amplificador de transimpedancia es la ruta sugerida, pero necesito un TIA de ganancia programable para atender el rango dinámico. Hacer un TIA para una ganancia fija parece factible, e incluso hay IC para eso, pero no he encontrado ningún IC de TIA de ganancia programable (o no he buscado lo suficiente). ¿Sería una buena idea usar una ganancia de TIA fija, sintonizada en el rango de iluminación de 1000 lx, y luego seguir con un buen amplificador de ganancia de voltaje programable para cubrir los rangos de 100 lx y 10 lx? (Otras ideas vienen a la mente, pero probablemente sean estúpidas, por ejemplo, un amplificador logarítmico allí).

La parte digital de la pregunta es cómo muestrear la señal resultante a 1 MHz. He seleccionado un dsPIC33FJ16GS502, que cuenta con una frecuencia de muestreo ADC de 4 MHz. ¿Es esto realmente alcanzable? El análisis de la señal sobre la marcha sería, por supuesto, imposible a 1 MHz, pero puedo usar un enfoque de muestra-tienda-análisis allí.

    
pregunta anrieff

2 respuestas

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No puedo hablar sobre la pregunta digital, pero el análogo es bastante sencillo. Debe usar un TIA con una sensibilidad de 1000 lux, aproximadamente 8 kohm / voltio de escala completa. Use una polarización de aproximadamente 5 voltios y espere una capacitancia de fotodiodo de 4 o 5 pF. Le sugiero que no necesite un PGA, sino que use un par de amplificadores x10 en serie y un mux analógico para seleccionar el canal activo. Tenga en cuenta que la selección del canal adecuado no será trivial en algunos casos, especialmente cuando hay mucha CA en la señal. Todos los amplificadores deben seleccionarse teniendo en cuenta la recuperación rápida de sobrecarga, o incorporar abrazaderas. Afortunadamente, sus corrientes son tan bajas que una pinza decente debería ser sencilla. Los amplificadores de registro son, en principio, una buena idea, excepto que es difícil hacer un buen amplificador de registro que también sea rápido. El otro problema con los amplificadores de registro es que es muy difícil producir el tipo de precisión que se desea en un amplio rango dinámico.

ETA En respuesta a una solicitud, aquí hay un TIA que usa un AD8651 y +/- 3.3 voltios -

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

El AD8651 está disponible por menos de $ 4 en onesies.

Una cosa a tener en cuenta es el valor del condensador de compensación de realimentación. Con los valores mostrados y una capacidad de entrada total asumida de 6 pF (4 pF para el diodo, 2 pF para el IC), mi simulación proporciona un tiempo de establecimiento para un paso a escala completa (3 voltios para 130 uA) de menos de 300 nseg . Sin embargo, esto es bastante sensible al valor del capacitor, y por lo tanto es sensible a las consideraciones de diseño. Un diseño muy compacto es una necesidad, lo que significa que las tablas de pruebas son absolutamente verbales. El buen desacoplamiento de la fuente de +3.3 en el amplificador operacional también es una obligación, es un amplificador operacional de 50 MHz.

    
respondido por el WhatRoughBeast
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No es tan fácil obtener un ancho de banda de 1 MHz a partir de un fotodiodo (PD) de tamaño razonable. Siempre hay un balance por hacer. Quieres mucha luz, eso significa un área grande, pero un área grande significa más capacitancia y eso limita el ancho de banda. Déjame poner algunos números. Entonces, primero asumamos que la luz de la habitación y algo así como 500 lúmenes / vatio, para que 1000 lux sean aproximadamente 2 W / m ^ 2. Un PD típico da ~ 0.5A / W, por lo que es ~ 1 A / m ^ 2 o 1 uA / mm ^ 2. Tengo un poco de PD que uso. Tiene un área de 3 mm ^ 2 y una capacitancia de 12pf (polarización inversa de 10 V) y 45 pf a 0 V. Ahora desea que la señal del TIA sea superior a 100 mV. (De lo contrario, el ruido jonhson de la resistencia se convierte en la fuente de ruido dominante.) 100mV / 3uA es aproximadamente 33 k ohmios o resistencia. Digamos que tienes ~ 20 pf de capacitancia de entrada. (PD + opamp + desvío.) Que proporciona una constante de tiempo RC de 6.6E-7 segundos o ~ 250 kHz. Oye, lo siento, no está tan mal ... Necesitarás un sistema operativo bastante rápido para llegar a 1 MHz, pero debería funcionar algo de 8-10 MHz GBW. Continúa entonces (dejaré esta respuesta de todos modos).

    
respondido por el George Herold

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