Von Philips gab es einmal einen sehr rauscharmen Transimpedanzverstärker SA5223 mit 1,17pA/(sqrt)Hz, Bandbreite 150MHz. Durch eine Veröffentlichung bin ich auf eine Schaltung damit gestoßen (Ramos-Lerate: Comparative tests between commercial and in-house transimpedance preamplifiers for multiwire detectors at synchrotron facilities, NIM-A 2004). Leider ist dieses IC obsolet. Wir wollen das Signal eines sogenannten Diamantdetektors verstärken. Ein Diamantdetektor ist ein künstlicher Diamant, der mit zwei Elektroden beschichtet ist und für die Teilchenphysik benutzt wird. Unser Detektor hat eine Größe von 4*4*0,4mm. Er wird mit 100 bis 200V vorgespannt und das Signal über einen Kondensator ausgekoppelt. Die Kapazität des Diamanten ist etwa 5pF. Ich brauche Tipps für eine entsprechende rauscharme Schaltung, die die Stromimpulse verstärken kann.
Wenn Du nicht viel Zeit mit Schaltungsdesign verbringen möchtest, könnten die Cremat Module was für Dich sein:
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Ein Charge Sensitive Preamplifier mit nachfolgendem Pulse Shaping Amplifier könnte etwas für Dich sein. Allerdings kenne ich mich mit Diamantdetektoren nicht so sehr aus. Wie viele Elektronen liefert so ein zu detektierendes Ereignis denn? Und in welcher Zeit und wie oft?
Muessen es gleich, wie bei den meisten Teichenphysikern, viele Kanaele sein, oder reicht eine "semidiscrete" Loesung. Schau Dir mal die DN802 von Linear Technology an. Dort wird vor schnelle, rauscharme OPs ein BF862 gesetzt. Alternativ koennten auch Transimpedanzverstaerker fuer Glasfaser interessant sein, der AD8015 ist mit 3 (pA/rtHz) angegeben.
Ja, siehe "optical telecommunication" bei den üblichen Verdächtigen (Analog, Linear, Maxim, OnSemi, evtl. TI).
Spontan fällt mir noch der MAX3658 ein (2,1pA/rtHz, 465MHz), falls es den noch gibt. Das war so vor 2-3 Jahren der mit dem wenigsten Rauschen bei vergleichbarer Bandbreite, den ich gefunden hatte.
Das scheint eine aehnliche Anforderung zu sein wie der rauscharme Betrieb einer (kleinen) Photodiode. Phil Hobbs ist in diesem Bereich einer der Gurus und dies koennte fuer Dich interessant sein:
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Phil ist uebrigens inzwischen auch als Consultant verfuegbar falls Bedarf besteht. Lebt allerdings auch in USA.
Uwes Tip mit dem BF862 geht in die richtige Richtung. Es lohnt sich, davon einige mitzubestellen.
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Gruesse, Joerg
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Sowas habe ich vor einiger Zeit mal gesucht, aber damals nix konkretes gefunden. Die Sache war mir aber auch nicht wichtig genug, um da viel eigenen Aufwand reinzustecken (nichtmal wichtig genug für eine wirklich intensive Recherche).
Aber dank der Vorarbeit des Authors und deiner, den Link zu suchen und zu posten, werde ich das alte Projekt wohl mal wieder aus seinem temporären Grab erlösen können. Wenn die angegebenen Daten stimmen, könnte es funktionieren.
Für Photodetektoren mit ähnlichen Forderungen hatte ich vor einiger Zeit mal ein paar Op-Amps rausgesucht, die halbwegs in Frage kommen könnten:
LT6233-10: 0.78 pA/sqrt(Hz) und nur 1.9 nV/sqrt(Hz), Cin=2pF, GBP=320 MHz AD829: 1.5 pA/sqrt(Hz) und 1.7 nV/sqrt(Hz), Cin=1.5pF, GBP=120 MHz Max4107: 2.5 pA/sqrt(Hz) und 0.75 nV/sqrt(Hz), Cin=2pF, GBP=300 MHz Ad8065: 0.6 fA(!)/sqrt(Hz) aber 7nV/sqrt(Hz), Cin=2.1 pF, GBP=150 MHz
Damit Du solch niedriges Strom-Eingangsrauschen nicht durch das Johnsonrauschen des Transimpedanzwiderstandes wieder versaust, muß dieser schon recht hochohmig sein. In allen Fällen dürfte das Spannungsrauschen nicht viel stören, jedoch hat ein hoher Widerstand auch eine geringe Bandbreite zur Folge. Denn bei Deiner Forderung nach 150 MHz Bandbreite ist der Open-Loop-Gain all dieser Verstärker schon fast auf 1 abgefallen.
Falls Du die Bandbreite wirklich brauchst, würde ich deshalb trotz des leicht höheren Rauschens zu Ths4021: 2pA/sqrt(Hz), 1.5 nV/sqrt(Hz), Cin=1.5 pF, GBP=3500 MHz greifen.
Wenn es dann immer noch nicht reicht, lassen sich mit Bootstrap-Schaltungen und Kaskode-Transistoren noch ein paar Tricks reißen (siehe das ausgezeichnete Buch
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von Phil Hobbs, der sich auch gelegentlich in sci.optics herumtreibt). Was allerdings vermutlich noch besser hilft, ist die Detektorkapazität irgendwie zu verringern, wenn Ihr eine Wahl habt.
Bei Photodioden wünsche ich mir immer noch, es gebe welche mit der halben Kapazität der Hamamatsu 3883 und dennoch gleicher Quanteneffizienz...
Andererseits bezweifele ich auch stark, daß der ursprüngliche SA5223 bei Dir eine Bandbreite von 150 MHz gehabt hatte. Wenn der sich ähnlich verhalten hat wie der SA5211, dann ist das mit einem 5 pF-Detektor eher unwahrscheinlich. In der Tat war dieser Chip damals bei uns bei allem, was wenig mehr als nur ein paar pF Kapazität am Eingang hat, fast am Schwingen. Habt Ihr Euch das Ausgangssignal Eurer vorhandenen Detektoren mal an einem Spektrumanalysator mit ~>2 GHz Frequenzbereich angeschaut?
Den hatte ich 2007 als PD-Empfaenger in ein Laser-System gesetzt. TI hat auch noch schnellere, ich musste diesen nehmen weil der Kunde viel Dynamikbereich und damit +/-12V brauchte, da wird die Auswahl duenner. Aber Vorsicht bei nicht-TIA Beschaltung, der THS4021 ist nicht Unity Gain stable. Falls keine solch hohen Versorgungsspannungen noetig sind wuerde ich mir die 5V Opamps von TI ansehen. Da lief mir das Wasser im Mund zusammen, konnte ich aber nicht verwenden.
So wie ich mir gerade einen FET wuensche, der 800V ab kann, bei weniger als 5V garantiert voll durchsteuert und mehr Muskeln als der IXFA3N120 hat.
Oder gewundert, warum die Handys nie klingelten ... ;-)
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Gruesse, Joerg
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Ich verbaue hier in halbwegs schnellen Photodetektoren den OPA656. Von den Kennzahlen geht er in die gleiche Richtung wie AD8065, nur etwas schneller.
OPA656: 2.0 fA/sqrt(Hz), 7nV/sqrt(Hz), 230 MHZ Nachteil: Maximal +/- 6.5 V Versorgung und 6 EUR Preisschild.
Für Photodioden, die auch bei wenig Licht und niedrigen Frequenzen noch etwas sehen sollen, ist ein FET in der Eingangsstufe des TIA Pflicht. Sonst geht das Signal im Offset- und Bias-Strom unter. Da gibt es dramatische Unterschiede:
AD829: I_Bias = 3300 nA, I_offset = 500 nA OPA656: I_Bias = 20 nA, I_offset = 0.9 nA
Beim Problem des OP spielt das wohl keine dramatische Rolle, weil ohnehin nur das AC-Signal zum Opamp geschickt wird.
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