meten en versterken van 5nA

Je zou ook kunnen overwegen in plaats van een kabel een glasvezeltje te leggen, heb je daar al aan gedacht? Dan zijn er wellicht meer mogelijkheden.
Edit: ik bedoel dus om het licht te transporteren naar een wat vriendelijkere omgeving.

[Bericht gewijzigd door Springuin op 31 augustus 2016 13:03:08 (23%)

Kun je er geen tweede stroombron van -4nA bijzetten?

En dan een opamp zonder terugkoppeling, zodat je een digitaal uitgangssignaal overhoud.

In feite dus een 4nA stroombron i.p.v. Rf. 7.5nA om verschil tussen rood en groen te zien.

Als het gaat om een productietest: camera en PC met beeldherkenning. Is wat duurder, maar wel snel, betrouwbaar, en uiteindelijk moet je testresultaat toch in een PC terechtkomen.

Je moet er wel rekening mee houden dat led's bij detectie behoorlijk 'kleurdoof' zijn. Opgewekte spanningverschil tusen groen/rood is niet zo groot...

Een jaar of 10 geleden was een toenmalige collega van mij al bezig met wat simpele beeldherkenning. Daar had hij PD-software voor die 'alleen' nog wat getemd moest worden. De resultaten waren best aardig, moet ik zeggen.

Het fiet dat het PD was, impliceert ook open source. Hij had er zelf wat tegenaan gebakken om met de herkenning wat te doen.

Nou past het natuurlijk niet in het straatje van TS, maar een webcam kost niks meer. Die software kan niet zo moeilijk zijn. Is het wellicht een optie? (en je kunt het ook meteen gebruiken om andere kleuren te testen...).

Een AC voeding.

Hi Leo,

Er zijn mooie moderne opamps met lage capaciteiten, maar misschien is het een betere oplossing als je het niveau aan de uitgang niet in 1x wilt bereiken.

Dus eerst je stroom/spannings omzetter naar een lagere waarde en deze dan met een tweede opamp op het goede niveau brengen.

Hierdoor kan je weerstands waarde van je i-converter omlaag en is hij daardoor sneler.

Kan nu even iet verder baselen, moet de deur uit

Gegroet,
Bram

Toeval liep ik van de week net aan zoiets te denken. Het leek me grappig een soort spectrometer met rood, geel en blauwe leds te maken. Uitlezen met een ADC en dan calibreren met zonlicht zodat je de tussen golflengtes waar de leds ongevoeliger zijn kunt normaliseren.

Toen zag ik op youtube iets over meten aan zonnepanelen waar ook met leds als detector werd geëxperimenteerd. Met een rode led zonder filter detecteerde hij alle kleuren. Hij gebruikte een echte spectrometer er naast. Zie rond de 21 minuten. De rode led gaf 1,6V bij RGB led als bron die alleen de rode aanhad, 1,5V bij groen, maar dat groen was wel 2x zoveel lux en 1,2V bij blauw maar dat blauw had maar 1/4e van de lichtintensiteit van rood. Dus je moet wel de lux verschillen versus stroom eerst meten wil je er iets uit kunnen halen.

Ik verwacht wel betere resultaten met leds met gekleurde lensjes maar dan wordt de stroom opbrengst misschien lager..

Maar dan zit je nog steeds met nA meten. Kun je niet de stroom naar de leds meten. Dat kan in de voeding die je kunt afschermen.

Je zou ook drie heel gevoelige fotocellen met gekleurde filters kunnen gebruiken. Dan heb je mogelijk meer opbrengst.

De LEDs staan in sper en hebben dus een zeer hoge impedantie.
Wil je daar iets mee gaan doen dan ontkom je niet aan een versterker die zelf een zeer hoge (ingangs) impedantie heeft.
Transimpedante versterkers voor fotodiodes zijn dus per definitie hoogohmig, dus ook de terugkoppeling.
Dat maakt ze inderdaad gevoelig voor storingen.
Je kunt dit oplossen door het ontwerp zo te maken dat er zo weinig mogelijk storing binnen komt.
Dus de gehele schakeling afschermen en alleen de diodes (LEDs in dit geval) naar buiten te brengen.

Wat ik niet lees is hoe snel er gemeten moet worden.
Moet het snel, dan kun je bootstrapping overwegen om de ingangs capaciteit te compenseren.

Verder is het belangrijk om de juiste OpAmp te kiezen.
In het schema dat je geeft is de LED in de photovoltaic mode geschakeld.
Dat betekent dat je een OpAmp nodig hebt met een zeer kleine offset spanning

@Brainbox: Klopt. Snelheid is alleen relatief: ik wil binnen 0.1 seconde een betrouwbare uitslag hebben. We hebben standaard redelijke opamps in gebruik (FAN4852) die dit zouden moeten kunnen.

@fred101: De gevoeligheid van een LED voor andere kleuren hangt sterk af van de LED zelf. Om zoveel mogelijk compatibel te zijn 'meet' ik met dezelfde LEDs als er op de PCB zitten. De stroom ernaartoe meten is ook een goed idee, maar strandt om dezelfde reden: te weinig resolutie. Er wordt maar 8mA door de 4 LEDs opgenomen, daarvan zie ik aan de primaire zijde van de buck-converter gewoon te weinig terug...

@blackdog: Ik zat al wel in die richting te denken, maar wellicht was er nog een andere mogelijkheid. Snelheid is niet direct een eis, als de hele test van 2 groepen van 4 bi-color LEDs maar binnen de seconde kan worden afgerond. Dat moet met onze 'standaard' opamp FAN4852 ook lukken...

@rbeckers: Hmmm... Een AC-voeding, interessant idee.
Hoe mag ik dat interpreteren? Het is namelijk nogal vaag...

@EricP: Kwa kosten heb je wel -ongeveer- gelijk, maar om dat (in 20-voud!) te integreren in een testsysteem is misschien wel wat veel gevraagd. Ik heb ook zitten experimenteren met een I²C-kleurensensor, dat geeft mbv wat simpele lichtgeleiders ook een bruikbaar resultaat maar verlegt het probleem ook naar de software. In beide gevallen wordt het er niet simpeler op.

@Arco: Ik heb reeds getest op de werkbank (anders wist ik ook niet dat het 5nA was) en de rode LED is weliswaar gevoelig voor groen (maar lang zoveel niet als voor rood) maar de groene is nauwelijks gevoelig voor rood. Omdat de test bestaat uit het beurtelings aansturen van rood en groen is hiermee dus wel te testen of er geen 'foute' LED aangaat en dat de 'goede' allemaal aangaan.

@blurp: Digitaal "snijdt de mosterd" niet: er gaan -als alles goed is- steeds 4 LEDs tegelijk aan, rood of groen. En als de rode aangaan, wil ik weten of ze 1) allemaal aangaan en 2) er geen groene 'meekomen'. Voor de groene een vergelijkbaar verhaal.

@Springuin: Goed idee, maar dat worden nogal veel glasvezels: het gaat om 160 LEDs per paneel. Niet echt een versimpeling van zaken...

Ha fatbeard,

Ken je keyence cz-v serie daar kan je niet tegenop bouwen ten zij het een proefje betreft.
Ik ben ook bezig met het herkennen van kleur niet zo abstract dus ook de tinten maar dit is zonder optiek niet haalbaar.
Een transconductance versterker met een condensator i.p.v. een weerstand in de feedback scheelt veel ruis met deze kleine signalen.
En mogelijkheid is een dual chopper (chop in chop out) met b.v. een ADA4522-2 deze gebruik ik ook goede ervaring mee voor een meet versterker alleen in mijn geval net niet goed genoeg maar in jou situatie meer als voldoende.
Een tweede mogelijkheid is een stroom versterker kan je gelijk een 20mA loop maken

Groet Henk.

Kijk eens naar de µcurrent gold van Dave Jones. Schema is te vinden! Of kijk anders eens naar het onderstaande schema van elektuur 7-2012. Dit schema heeft een logaritmische output en gaat tot onder de 1 pA. Met een 1n4148 kan het ook, maar dan kom je niet lager dan 10 pA (voldoet ook nog voor jouw toepassing).

En tsja, die lange kabels.. Kun je de geopperde 'versterkers niet dicht bij je schakeling plaatsen?

Bij DC heb je drift, offset, thermokoppels etc..
Een AC gemoduleerd signaal heeft daar geen problemen mee.
Soort chopper idee.

Ik zou iets van een current monitor/switch ertussen zetten. Detectie met een led is omslachtig en onbetrouwbaar.
(al aan invloed van daglicht gedacht? Nivo kan heel veel verschillen. Ook kunnen beide leds aan gaan (oranje), wat dan?)

Dat is waar ook tegen aan liep die sensors van keyence meten met speciale kleur sensors maar het moet uiteraard wel in het plaatje passen dus ook mechanisch.
Ik weet niet wat er uiteindelijk bemonsterd moet worden maar met laser doppler en zelfs met microwave is misschien best iets te doen.

Op 31 augustus 2016 14:16:39 schreef fatbeard:
... het gaat om 160 LEDs per paneel....

Dan zou ik helemaal een camera overwegen: Een detector die 160 ledjes tegelijk kan controleren.

Bij dergelijke aantallen zeker... Helaas, ik heb alleen een demo gezien. Het draaide onder Linux. En het kostte hem een paar dagen voor die demo. Zeker als je positie fixed is, dan moet iets simpels als maak foto, store die in een bitmap format en scharrel door de bitmap heen niet zo heel erg vreselijk spannend zijn...

Productie-testen, groot volume: runs van honderden panelen van 20 DUTs elk. En al die dingen moeten binnen 6 minuten worden geprogrammeerd en getest op basiszaken zoals LEDs...

@blurp,EricP: Helaas, er zit in de testkast een pennenbed en interface-PCB in de weg, de detectoren zijn nu gepland op het interface-PCB. Misschien dat er iets gedaan kan worden met lichtgeleiders, daar ga ik naar kijken: het idee staat me wel aan...

@electron920: Die serie kende ik niet, maar is voor mijn toepassing (detecteren of van 4 bi-color LEDs alle LEDs van de juiste kleur aangaan en geeneen van de verkeerde kleur) niet echt toe te passen.

@necessaryevil: Leuk ding, maar in essentie heeft de direct aangesloten DMM een betere schaal: 10mV/nA. De ingangsimpedantie is van ondergeschikt belang, ik hoef niet te weten wat de lichtopbrengst van de betreffende LED is maar alleen of-ie aan of uit is... Die versterkers komen op een dubbelzijdig PCB op enkele mm van de detector-LED af, dus dat zit wel snor.

@rbeckers: Goed idee, choppen: daar zijn kant-en-klare blokjes voor. Moet alleen ff kijken of die binnen het budget passen...

@Arco: Er zit al een current monitor in de voedingsleiding van de DUT, maar die is met 10mV/mA (noodzakelijk kwaad) niet in staat om voldoende betrouwbaar het uitblijven van een LED (of het illegaal aangaan van een andere) te detecteren ivm de switcher die er tussen zit (en alle andere electronica die ook door diezelfde switcher gevoed wordt). Zou wel de mooiste oplossing zijn: geen extra zooi nodig. Maar daarmee weet ik niet of een LED niet per ongeluk 'zwart' licht uitstraalt (wel stroom gebruiken maar geen licht produceren: komt voor, echt; je zoekt je de blubber).
Met een LED licht detecteren gaat in mijn geval prima: omgevingslicht wordt voldoende afgeschermd door de DUT en ik heb per te detecteren LED een detector. Getest op de werkbank, er is goed te zien of er een LED uit is. Ook de kleur-response valt in mijn geval reuze mee, daar kan ik prima mee zien of er een LED 'illegaal' aan is. Alleen het signaalnivo...

Ik ga nu eerst wel even experimenteren met een tweetraps versterkertje volgens het idee van blackdog.

Paar opmerkingen:

• Zo'n versterking schijn je het best in 1 keer te doen, dus geen meerdere trappen. Daarmee krijg je altijd meer ruis.
• Om storing te voorkomen, de versterker (TIA) zo dicht mogelijk/op de bron plaatsen. Geen coax.
• Om onmogelijk grote Rf te voorkomen kun je op de uitgang een spanningsdeler zetten met lagere R. Je krijgt dan virtueel een grotere Rf. Bv met 1k/9k vermenigvuldig je Rf met een factor 10. Evt ruis veranderd hier uiteraard niet mee, maar een 100M weerstand is nou eenmaal niet zo algemeen, en 10M wel.
• Er is een techniek "bootstrapping" op de ingang, maar daar weet ik niet genoeg van. Googlen maar.

Hi flipflop,

Kan je dit eens uitleggen?
Zo'n versterking schijn je het best in 1 keer te doen, dus geen meerdere trappen. Daarmee krijg je altijd meer ruis.

Dan kan ik als dat waar is aardig wat apparatuur gaan afvoeren *grin*

Gegroet,
Blackdog

Op 1 september 2016 20:47:20 schreef blackdog:
Kan je dit eens uitleggen?
* Zo'n versterking schijn je het best in 1 keer te doen

Veel apparatuur heeft andere eisen en omstandigheden waarin het werkt, dus zomaar vergelijken kun je niet doen. Het kan bijvoorbeeld zijn dat je over een 10m kabel moet, dan heeft het natuurlijk zin om een voorversterker en achter de kabel nog een extra versterker te hebben.
In dit geval moet je van een kleine stroom naar een spanning. Als dat in 1 trap kan, geeft dat toch altijd de minste ruis, of niet? Hoe meer trappen, hoe meer ruisbijdrage.
Maar ehm, ik ben geen analogicus, maar ik heb wel een beetje ervaring met een TIA. Bij het inlezen hierover had ik een artikel waar het zo gesteld werd. Kan het nog wel eens opzoeken morgen.

[edit] Volgens mij was dit het: de TIA zelf is het meest kritisch als het om SNR gaat. Die bepaald de SNR. Elke trap erachter veranderd niet (veel) aan die SNR omdat ie zowel signaal als ruis versterkt. Het zou daarom gunstig zijn om die eerste trap zo goed mogelijk te maken en ineens naar het gewenste nivo gaat.

Voor het detecteren of LEDS aan zijn, zijn ook speciale ics/sensoren die de RGB waarde teruggegeven. Met een lightguide kan je dan het licht richting de sensor "sturen". Volgens mij hebben die ook gewoon leds intern en een versterker + adc etc.

@ flipflop,

Als je bedoeld dat de eerste trap laag in ruis en een zo groot mogelijke versterking moet hebben dan heb je gelijk.
Maar dat is iets wat blackdog ook wel weet.
Het probleem zit hem er in dat je de kleine stroom wilt omzetten naar een spanning om verder te verwerken.
Nu is in het geval van @fatbeard de snelheid laag dus een kleine bandbreedte dat maakt een en ander een stuk gemakkelijker.

De daarop volgende trappen zijn mits de verliezen tussen 1e en 2e trap niet groot zijn bijna niet meer van belang.
Als je 1e versterker een ruis getal van 2dB heeft en een versterking van 26dB kan je het ruis vermogen aan de uitgang bepalen.
Als het verlies tussen de 1e en 2e trap 6dB is dan kan je het aangeboden ruis vermogen aan de ingang van de 2e trap uitrekenen.
Als de 2e trap een ruisgetal van 10dB heeft en een versterking van 40B.
Dan is de som van beide versterkers inclusief de kabel demping 60dB versterking en het ruisgetal is 2.25dB je ziet dat de 2e trap nog maar een bijdrage van 0.25dB heeft.
Het is dus niet nodig om in een keer te versterken zou in veel gevallen ook niet kunnen een laag ruisgetal en een hoge uitstuur niveau gaan niet samen.

Groet Henk.

@fatbeard
De LEDs worden met 5 tot 10mA gevoed.
Als dat voor de test ook een DC van 5mA met daarop een AC van bijv. 5mA_tt mag zijn, dan kun je een AC signaal versterken.

Heren, ik ben er uit: een ordinaire tweetrapper (een TIA en een DC versterker) volgens dit schema voldoet prima.

Ik krijg nu keurig een paar honderd milliVolt per brandende LED, met goed onderscheid tussen rood en groen.

Ik heb ondertussen ook even gekeken naar een kleurensensor, maar dat vereist weer extra intelligentie of extra verbindingen met de DUT, geen van beiden dragen bij aan de transparantie.
KISS is behalve een hardrockband ook een uiterst goed motto voor het ontwerpen van testkasten, je wilt namelijk niet de helft van je tijd bezig zijn met het testen van de testkast...

Bedankt voor het meedenken.