50Hz Brumm mit Photodioden-Verstärker

[Rafael Deliano]

Meinst du das mein Verstärker in der gezeigten
Dimensionierung nicht mehr als 3kHz Bandbreite hat und daher der
Tiefpass auch entsprechend tiefer gelegt werden kann?
Das scheint ja der Folge-thread zu "Barcodeleser mit Fotodiode", vgl.

google zu sein.
In dem Fall braucht man wohl nicht üppige Linearität und Bandbreite
kleiner 50Hz bis DC wohl aber Bandbreite nach oben. Die HP-Reflex-
lichtschranken haben schlicht Fotodiode und Arbeitswiderstand
( Betrieb in Sperrichtung ) oder Fotodiode und Fototransistor.
Da bei denen alles in einer Dose ist fangen sie natürlich keinen
Schmutz ein.
Ich vermute auch bei dieser Anwendung wird eine Trennung in 2
Boards nötig: Kopf ( LED, Fotodiode mit Buffer ), Kabel, die
eigentliche Steuerung mit dem Controller. Montagegünstig wäre
ein 2pol verdrilltes ungeschirmtes polungssicheres
Kabel. D.h. die Steuerung speist Konstantstrom z.B. 20mA ein,
dadurch kann der Kopf das Signal als AC aufmodulieren.
Der Kopf hat Brückengleichrichter, damit das ganze
polungsunabhängig wird. Wenn der Controller nur 5V Versorgung
hat muß man auf den Gleichrichter verzichten und nur
parallele Schutzdiode vorsehen

MfG JRD

 

[Michael Eggert]

Guenter Dannoritzer <dannoritzer@web.de> wrote:

Hi!

muss mir erst mal im Klaren werden was überhaupt
die Grenzen des machbaren sind.

Ich denke, Deinen momentanen Brumm von 80mV/(5*10MOhm)=1,6nA wirst Du
ohne Weißblechgehäuse nicht wegbekommen.

möchte ich
natürlich erst mal einen Verstärker liefern der auch ein Ausgangssignal
liefert.

Siehe oben

Gruß,
Michael.

 

[Detlef Voss]

Guenter Dannoritzer wrote:

Detlef Voss wrote:

[snip Blechdose]

Hab mir eine Blechdose zugelegt

Hoffentlich haben die Kekse gemundet..

und werde das mal testen. Ich will auch
die ganzen Masseleitungen noch mal auftrennen und als Stern verlegen.

Klingt doch schon mal gut. Macht den Verstärker auch etwas 'handlebarer',
wenn er erstmal als Muster zum Evaluieren für die andere Gruppe dient.

Die Schaltung (ich hab' mal ein bisserl querbeet hier im Baum gelesen)
scheint aber das Problem nicht so recht zu treffen
Die geforderte Bandbreite ist das Problem. Das Du da wirklich 30kHz
erreichst kann ich mir nicht vorstellen!

Erstmal erreicht ja der 1pF-Kondensator schon lange vor den 30kHz Impedanzen
von unter 10MOhm und würde die Bandbreite begrenzen.
Der OPV hat, wie schon geschrieben, bei 30kHz kaum noch Verstärkung. Die
wird dann ~1/5 geteilt und was übrig bleibt(~6) landet am Widerstand.
Das gibt einen Eingangswiderstand von etwa 10MOhm/7.
Der invertierende Eingang hat ja schliesslich nur im Lehrbuch 0V.

Da der Eingangswiderstand der Schaltung mit der Photodiodenkapazität die
Grenzfrequenz bestimmt, sollt die Diode bei 60pF nicht mehr als etwa 80kOhm
zu sehen bekommen. Sollen Dir die 10MOhm erhalten bleiben wäre ein OPV mit
einem VB-Produkt von mindstens 3.5 MHz (schlauerweise aber ein bisserl
mehr) schon sehr wünschenswert.

Da es sich ja wohl erstmal eh nur um ein 'Evaluierungsmusterchen' zum Messen
handelt würde ich rein aus dem Bauch heraus erstmal mit einem JFET-OPV (was
ordentliches, keine uralten Billigheimer, sonst gibt es gern Effekte, die
das Datenblatt einfach nicht erklären mag..) arbeiten und den Offset
altmodisch mit Spindeltrimmer wegtrimmen. Die temperaturabhängigkeit der
Offsetspannung sollte da nicht stören und die Betriebstemperatur ist gewiss
so niedrig dass der Biasstrom noch nicht stört.

Die mitunter ärgerliche Realität der Chopper-OPVs kann man sich ja, wenn
wirklich nötig, dann im 2ten Entwicklungsdurchgang antun, nachdem man
vorher gesehen hat, was möglich ist..

Mit einer zweiten Verstärkerstufe kann dann der Gegenkopplungswiderstand
der ersten Stufe soweit herabgesetzt werden, das der parallel liegende
Kondensator praktikable Werte annimmt. Die geringe Verschlechterung im S/N
lässt sich wohl verschmerzen..

Das Ausgangsfilter würde ich auch erstmal weglassen, dann sticht eine
Schwingneigung besser in's Auge. Ein Ausgangswiderstand muss natürlich
bleiben, damit das Oszi den OPV nicht kapazitiv belastet.

Das alles löst zwar Dein Designproblem nicht wirklich, aber vielleicht
entschärft sich da ja alles, wenn die andere Gruppe damit die wirklich
nötige Empfindlichkeit bestimmt hat.... ;-)

Viel Spass! ;-)
Detlef

Der Guardring hilft, wie schon geschrieben, nicht gegen das Brummen. Ist
bei Lochrasteraufbau auch irgendwie mühsam.. ..und bei unglücklicher
Wahl der Photodiode (z.B. grossflächige PIN-Diode) mit Dunkelströmen im
nA-Bereich auch nicht nötig. Fernhalten höherer Potentiale vom
empfindlichen Eingang, reinigen und trocknen des Aufbaus reichen meist
schon. Sonst geht auch der 'fliegende Aufbau' des Eingangskreises, bei
dem der Verstärkereingang und alles, was damit in Berührung kommt halt
nicht auf die Platiene geführt ist.

Die (Vor)Spannung zum Sperren der Diode sollte entsprechend gesiebt sein.
Der chopperstabilisierte OPV freut sich sehr über Abblockkondensatoren an
seinem Betriebsspannungsanschluss.

Die verwendete Photodiode ist nur für den Photovoltaic Betrieb gedacht
und so betreibe ich sie auch. Zwar kann sie sehr gering vorgespannt
werden, ist aber meines Erachtens nicht nötig, da ich die gewünschten
Frequenzen auch ohne Vorspannung erreiche.


Bei etwa 30khz ist die Betriebsspannungsunterdrückung des OPVs nicht mehr
sooo berauschend, aber sowas fällt ja erst auf, wenn das Brummen
beseitigt ist.
Möglichst hohe Verstärkung +kleiner Ausgangswiderstand ist sinnvoll,
damit Brummeinstreuung am Ausgang nicht mehr stört. Bei dem verwendeten
Verstärker und der geforderten Bandbreite ist da aber nicht viel drin:
Der hat bei 30khz ja nur noch eine Leerlaufverstärkung von etwa 30, die
Verstärkung der Stufe sollte also deutlich niedriger liegen!

Naja, eigentlich gilt hier wieder all das übliche Zeug...
Verrate doch mal die Schaltung und vor allem die verwendete Photodiode.
Und natürlich die Anforderungen an das Ganze ...

Grüsse
Detlef

In einem Post im anderen Zweig hab ich die Schaltung und die verwendete
Photodiode beschrieben.



Günter

--
Man ersetze das _dot_ in der Email gegen einen Punkt..

 

[Rolf Bombach]

Guenter Dannoritzer wrote:

Das ist ja komisch, ich hab mich bezüglich der Versorgungspannung auf
den Analog Wizard von Analog Device verlassen. Jetzt wo ich im
Datenblatt nach der Versorgungsspannung schaue kommt mir das auch
komisch vor. Eigentlich brauche ich ja keine negative Spannung, so lass
ich die -5V weg und leg die -VCC auf GND.

Ist das der Wizard für Photodiodenverstärker? So einer liegt
dort irgendwo rum. Vielleicht meinten die einen andern Opamp,
AD8065. Flott wäre dann der OPA657 von der Konkurrenz.

Das mit den 3kHz hab ich nicht verstanden, kannst du das bitte noch mal
etwas erläutern? Meinst du das mein Verstärker in der gezeigten
Dimensionierung nicht mehr als 3kHz Bandbreite hat und daher der
Tiefpass auch entsprechend tiefer gelegt werden kann?

Mit 50 Meg oder so effektiver Gegenkopplung und einer
grösseren Photodiode dürfte die Grenzfrequenz schon
tiefer liegen, vielleicht schon deutlich unter 3kHz,
wenn man pech hat.
Eben hatte ich noch eine Appnote auf dem Tisch (inkl.
Fortsetzung), wo recht detailliert auf Bandbreite und
Rauschen von Photodiodenvorverstärker eingegangen wird.
Insbesondere wurden Vorteile eines zweistufigen Aufbaus
diskutiert. Jetzt finde ich weder Appnote noch pdf mehr,
ziemlich typisch für mich. War deutlich detaillierter
und fundierter als etwa die BurrBrown AB-076 und AB-077.
Weder bei AD (obwohl mir war, als wär's in analog dialogue
gewesen), TI noch LTC konnte ich das Ding wieder finden.
Kann jemand Gedanken lesen und einen Tipp geben?

--
mfg Rolf Bombach

 

[Guenter Dannoritzer]

Hallo,

Rafael Deliano wrote:
[snip]

Meinst du das mein Verstärker in der gezeigten
Dimensionierung nicht mehr als 3kHz Bandbreite hat und daher der
Tiefpass auch entsprechend tiefer gelegt werden kann?

Das scheint ja der Folge-thread zu "Barcodeleser mit Fotodiode", vgl.
google zu sein.
In dem Fall braucht man wohl nicht üppige Linearität und Bandbreite
kleiner 50Hz bis DC wohl aber Bandbreite nach oben.

Der Barcodeträger wird von Hand herausgezogen, so möchte ich erst mal
vermeiden den unteren Frequenzbereich zu beschränken.

Guenter

 

[Guenter Dannoritzer]

Hallo,

Rolf Bombach wrote:

Guenter Dannoritzer wrote:


Das ist ja komisch, ich hab mich bezüglich der Versorgungspannung auf
den Analog Wizard von Analog Device verlassen. Jetzt wo ich im
Datenblatt nach der Versorgungsspannung schaue kommt mir das auch
komisch vor. Eigentlich brauche ich ja keine negative Spannung, so
lass ich die -5V weg und leg die -VCC auf GND.


Ist das der Wizard für Photodiodenverstärker? So einer liegt
dort irgendwo rum. Vielleicht meinten die einen andern Opamp,
AD8065. Flott wäre dann der OPA657 von der Konkurrenz.

Das mit den 3kHz hab ich nicht verstanden, kannst du das bitte noch
mal etwas erläutern? Meinst du das mein Verstärker in der gezeigten
Dimensionierung nicht mehr als 3kHz Bandbreite hat und daher der
Tiefpass auch entsprechend tiefer gelegt werden kann?


Mit 50 Meg oder so effektiver Gegenkopplung und einer
grösseren Photodiode dürfte die Grenzfrequenz schon
tiefer liegen, vielleicht schon deutlich unter 3kHz,
wenn man pech hat.
Eben hatte ich noch eine Appnote auf dem Tisch (inkl.
Fortsetzung), wo recht detailliert auf Bandbreite und
Rauschen von Photodiodenvorverstärker eingegangen wird.
Insbesondere wurden Vorteile eines zweistufigen Aufbaus
diskutiert. Jetzt finde ich weder Appnote noch pdf mehr,
ziemlich typisch für mich. War deutlich detaillierter
und fundierter als etwa die BurrBrown AB-076 und AB-077.
Weder bei AD (obwohl mir war, als wär's in analog dialogue
gewesen), TI noch LTC konnte ich das Ding wieder finden.
Kann jemand Gedanken lesen und einen Tipp geben?

Ich hab ein Dokument von ADI mit dem Namen "Section 5 High Impedance

Sensors". Darin ist auch einiges beschrieben. Auch das Buch "Photodiode
Amplifiers", Graeme, McGraw Hill hat einige Tipps. Wenn dir die Quelle
von deinem Dokument noch mal einfällt würde es mich schon interessieren.

In dem genannten Buch ist eine Schaltung beschrieben, die zwei
Verstärker in einem vereint. Also den Strom-Spannungswandler und den
Spannungsverstärker. Als Nachteil wird eine geringere Bandbreite und
eine Nichtlinearität beschrieben, was aber durch eine bestimmte
Beschaltung kompensiert werden kann.

Das will ich mir mal näher ansehen.

Wegen dem gewählten Verstärker muss ich mir noch mal Gedanken machen.
Der scheint ja bzgl. Bandbreite ein wenig zu schwach auf der Brust zu sein.

Guenter

 

[Rafael Deliano]

"Barcodeleser mit Fotodiode"
In dem Fall braucht man wohl nicht üppige Linearität und Bandbreite
kleiner 50Hz bis DC wohl aber Bandbreite nach oben.
Der Barcodeträger wird von Hand herausgezogen, so möchte ich erst mal
vermeiden den unteren Frequenzbereich zu beschränken.

Sollbewegungsgeschwindigkeit von Lesestiften verschiedener Hersteller:
34 - 3700mm/sec
50 - 1300mm/sec
80 - 1000mm/sec
76 - 760mm/sec
80 - 800mm/sec
Wieviel Hz das als untere Grenzfrequenz macht hängt dann von der
Strichstärke ab.
Die Erkennungssicherheit wird besser wenn man den Durchlaßbereich
auf den tatsächlich benötigten Frequenzbereich beschränkt.

Viele Kleinsignalempfänger werden mit Transistor in
Eingangsstufe gebaut, nicht nur wegen low noise, sondern weil der
Transistor im Signalpfad ohne Rückkopplung laufen kann und dann
weniger Stabilitätsprobleme durch Rückkopplung hat.
Der DC-Arbeitspunkt des Transistors kann z.B. durch langsamen
Integrator-Servo-OP nachgeregelt werden.
Hauptsächlich wurden solche Schaltungen für low-noise Glasfaserkabel-
Empfänger veröffentlicht. Ich hab daz Zeug auch mal für jemanden
gescannt und noch irgendwo auf Platte, aber wurde dann zu
für email zu umfangreich. Kann aber als CD per Post verschickt
werden.
Für Barcode wird man vermutlich auf Fets verzichten und
Schaltung mit 2 Bipolartransitoren mit lokaler Gegenkopplung nehmen.
Für die Auslegung dieser Grundschaltung gibts Literatur in älteren
Transistorschaltungsbüchern oder Handbüchern wie Gray & Meyer
"Analog Integrated Circuit Design " oder Greeneich "Analog Integrated
circuits"
Warum die OP-Schaltung so gerne Brumm aufnimmt:
die Fotodiode ist eine ( hochohmige ) Stromquelle, die OP-Schaltung
ein hochohmiger Empfänger. Wenn man beim Bipolartransistor
den Strom direkt in die Basis einspeist ist zumindest der Empfänger
niederohmig. Es gäbe überigens auch den preiswerten und relativ
schnellen LM359 Dual Norton OP den man aus nämlichen Gründen immer
noch in Opto-Empfängerschaltungen findet.

MfG JRD

 

[Rolf Bombach]

Guenter Dannoritzer wrote:

Ich hab ein Dokument von ADI mit dem Namen "Section 5 High Impedance
Sensors". Darin ist auch einiges beschrieben. Auch das Buch "Photodiode
Amplifiers", Graeme, McGraw Hill hat einige Tipps. Wenn dir die Quelle
von deinem Dokument noch mal einfällt würde es mich schon interessieren.
.......
Wegen dem gewählten Verstärker muss ich mir noch mal Gedanken machen.
Der scheint ja bzgl. Bandbreite ein wenig zu schwach auf der Brust zu sein.

Das lässt sich eventuell mit 2 gestaffelten Opamps auch
hinkriegen. Ich glaub, ich hab mich mit den Unterlagen
selber "verrückt gemacht", wie man hier sagt. Ich meinte
die Burr-Brown Application Bulletins AB-057A und AB-075,
also genau eins vor denen, die ich gefunden hatte. Es
gibt nur eins, was schlimmer als verlegen ist: Aufräumen ;-).

--
mfg Rolf Bombach

 

[Guenter Dannoritzer]

Hallo Rafael,

Rafael Deliano wrote:

[snip]

Warum die OP-Schaltung so gerne Brumm aufnimmt:
die Fotodiode ist eine ( hochohmige ) Stromquelle, die OP-Schaltung
ein hochohmiger Empfänger. Wenn man beim Bipolartransistor
den Strom direkt in die Basis einspeist ist zumindest der Empfänger
niederohmig. Es gäbe überigens auch den preiswerten und relativ
schnellen LM359 Dual Norton OP den man aus nämlichen Gründen immer
noch in Opto-Empfängerschaltungen findet.

MfG JRD

Wie ist das denn bei einem Strom-Spannungsverstärker, da wird ja für die
Photodiode ein so genannter Virtueller GND-Punkt erzeugt. Soweit ich
das verstehe geht das solange gut, wie der Verstärker durch die
Rückkopplung nachregeln kann und den Eingangsstrom von der Diode
kompensiert.

Bedeutet das, für Störsignale, wie z.B. das 50Hz Signal funktioniert
dieser Virtuelle GND-Punkt nicht?

Gruß

Günter

 

[Rafael Deliano]

Strom-Spannungsverstärker, ... Virtueller GND-Punkt erzeugt.
Soweit ich das verstehe geht das solange gut, wie der Verstärker
durch die Rückkopplung nachregeln kann
Nominell korrekt: bei DC & 50 Hz müsste der OP 0V erzeugen können,

bei hohen Frequenzen wäre er mangels Gain und wegen
Phasenverschiebung dazu auch theoretisch nichtmehr in der Lage.
Dreckeffekte halten sich aber oft nicht an ( einfache ) Theorie.

Bedeutet das, für Störsignale, wie z.B. das 50Hz Signal funktioniert
dieser Virtuelle GND-Punkt nicht?
Ich würde vermuten der OP zeigt echte 50Hz an die er an

seinem hochohmigen Eingang sieht.
a) Er kann sie induktiv z.B. durch das Streufeld eines Trafos bekommen,
wenn die Leiterbahnschleife groß ist:

+---------------------+
| | ----
| +--| \
Photo- | Amp >--
diode +--|____/
| |
| |
+---------------------+

Prinzip magnetische Rahmenantenne: je grösser desto besser.
Dagegen hilft beide Leitungen eng führen, Fläche minimieren.
b) er kann sie kapazitiv bekommen. Z.B. die Hand über die Leiterplatte
halten genügt meist schon.
Dagegen hilft Schirmung. Hf-Dosen mit Duchführungskondensatoren
sind für hohe Frequenzen sicherlich erforderlich.
Bei 50Hz würde ich vermuten, daß Kupferblech drüber/drunter genügt.
Kriegt man im Modellbaubedarf in einer Stärke die man mit Schere
schneiden kann. Noch besser ist Leiterplattenrohmaterial
( Pertinax wegen leichterer Bearbeitung ) das man mit Laubsäge
zurechtschneidet. Für Schirmung tuts das Zeug von ebay.
Wesentlich ist hier gute Verbindung auf Massesternpunkt.
Das würde sich erleichtern, wenn man die Leiterplatte
z.B. als gefädelte Deadbug-Schaltung über Leiterplatte aufbaut
die auf Unterseite bereits geschlossene Massefläche ist.
Damit hat die Schaltung und die Schirmung problemlosen Zugriff
auf gute Massse.
Fotos wären z.B. in der Linear Technology Appliaction Note AN47.

Gegen ungünstigen Aufbau würde auch Transitorschaltung nicht helfen.
Man kann Transistoren aber besser als OPs direkt als Verstärker in
Sensor integrieren. Vgl. JFets in Electret-Mics und
Pyro-Bewegungsmeldern. Oder für Stromquellen wie Fotodioden eben
bipolare Transistoren a la Fototransistor.

MfG JRD

 

[Rafael Deliano]

Füllen die die ganze CD?
Nein aber <10MB mit Modem zu übertragen macht keine Freude.

Die Zusammenstellung war mal für jemand gemacht der für Physik
an Hochschule low noise Foto-Empfänger bauen sollte. Es sind also
einige eher theroretische Sachen dabei. Andererseits ist es mir zu
mühsam alles neu zu sortieren.
Für Versand brauche ich jedenfalls Postanschrift.

a) Es erhöht jedenfalls die Bandbreite.

b) Jedoch ist ein Doppel-OP für Kleinsignale
ungeeignet: normalerweise teilen sich die OPs interne Strom-
quellen, sodaß es zu Übersprechen vom Ausgang auf Eingang
kommen kann.
c) Bipolartransitor ist gegen ESD robuster.
Maschinen mit Gummiband sind wunderbare Generatoren.
Sensor an exponierten Stellen dienen dann gerne als
Blitzableiter.
Ich behaupte nicht, daß es mit der OP-Schaltung unmöglich ist.
Es ist nur so daß mehrmals pro Jahr Leute in der newsgroup mit der
Schaltung kommen und nicht glücklich werden.
Wenn nämlich der 50Hz Brumm weg ist, stellt man fest, daß man
bei hoher Verstärkung Mühe hat Bandbreite rauszuquetschen.
Dadurch daß die Fotodiode eine Stromquelle ist, paßt ein
Bipolartransitor als stromgesteuerter Verstärker eben besser
als ein OP der ein spannungsgesteueres Bauteil ist. Nur
wenn das Signal sehr schwach ist würde man auf Fets übergehen.
Möglichkeiten für Transitorschaltungen gibts mehrere. Man
kann die Eingangsstufe des LM359 Norton z.B. durch Transistor-
arrays nachbilden ( Matching für Stromspiegel ).

Da ich nur 5V zur Verfügung habe,
Wäre für LNA tragisch, aber für Barcode kein allzu schwieriges

Problem. Soll die Fotodiode und der Controller auf die gleiche
Leiterplatte ?

MfG JRD

 

[Guenter Dannoritzer]

Rafael Deliano wrote:

[snip]

a) Es erhöht jedenfalls die Bandbreite.
b) Jedoch ist ein Doppel-OP für Kleinsignale
ungeeignet: normalerweise teilen sich die OPs interne Strom-
quellen, sodaß es zu Übersprechen vom Ausgang auf Eingang
kommen kann.
c) Bipolartransitor ist gegen ESD robuster.
Maschinen mit Gummiband sind wunderbare Generatoren.
Sensor an exponierten Stellen dienen dann gerne als
Blitzableiter.
Ich behaupte nicht, daß es mit der OP-Schaltung unmöglich ist.
Es ist nur so daß mehrmals pro Jahr Leute in der newsgroup mit der
Schaltung kommen und nicht glücklich werden.
Wenn nämlich der 50Hz Brumm weg ist, stellt man fest, daß man
bei hoher Verstärkung Mühe hat Bandbreite rauszuquetschen.
Dadurch daß die Fotodiode eine Stromquelle ist, paßt ein
Bipolartransitor als stromgesteuerter Verstärker eben besser
als ein OP der ein spannungsgesteueres Bauteil ist. Nur
wenn das Signal sehr schwach ist würde man auf Fets übergehen.

Welche Größenordnung währe das denn? Meine ersten Tests mit Licht
reflektiert am weißen Papier haben mir Ströme um 1nA gegeben. Ich
vermute mal mit dem Barcode wird das noch schlimmer. Was ist denn die
untere Grenze die überhaupt noch machbar ist?
Mit dem OP hab ich jetzt immer den IB als Grenze gesehen, der so bei 1pA
liegt.

Möglichkeiten für Transitorschaltungen gibts mehrere. Man
kann die Eingangsstufe des LM359 Norton z.B. durch Transistor-
arrays nachbilden ( Matching für Stromspiegel ).


Da ich nur 5V zur Verfügung habe,

Wäre für LNA tragisch, aber für Barcode kein allzu schwieriges
Problem. Soll die Fotodiode und der Controller auf die gleiche
Leiterplatte ?

MfG JRD

Der Controller ist getrennt von der Fotodiode mit Verstärker. Der
Verstärker bekommt seine Versorgung vom Controller. Der Controller
existiert schon. Leider passt der Controller nicht ganz so zur
Fotodiode. War ursprünglich gedacht einen Zeilenscansensor zu nutzen und
daher ist auf dem Controller ein CIS/CCD Sensor Signal Processor
XRD98L23 von EXAR. Der ADC darin kann eingestellt werden um das Signal
zu sample. Nur ist da viel mehr Logik drin, die überhaupt nicht
gebraucht wird.

Sollte das Bord noch mal geändert werden, würde ich einen simplen ADC
anstreben.

Günter

 

[Rafael Deliano]

Welche Größenordnung währe das denn?
Wie soll man das ohne Optik wissen ?

Man wird sich für den Entwurf der Optik zwar ein Modell
aus den Fingern saugen müssen ( vgl die HP ApplicationNote ),
aber das wird man dann anhand des ersten Prototypen
der Optik tunlichst verifizieren und passend der Realität
annähen müssen.
Ich vermute mal Ihr habt euch nicht die Datenblätter
der HEDS1000 HBCS1100 HEDS1200 HEDS1300 HEDS1500
angesehen. Da sind auch mechanische Zeichnungen dabei.
Sollten sie sonst nicht auftreibbar sein
kann ich einige scannen und auf die CD tun. Die Teile scheinen
nichtmehr hergestellt zu werden, es gäbe aber noch
Bestände bei www.usbid.com. Billig warn sie nie.
Aber sie funktionieren, was man von lustlosen Eigen-
entwicklungen oft nicht sagen kann.
HP hat die übliche Anordnung LED und Photodiode
seitlich nebeneinander und zwei Linsen die auf gemeinsamen
Brennpunkt zeigen. Später hat man noch undurchsichtige
Trennscheibe eingebaut um Streulicht direkt von LED
auf Fotodiode zu mindern. Da das LED und die Fotodiode
als Chip direkt nebeneinander angebracht werden, hat man
minimalen Winkel und damit wenig Probleme bei "glänzend"
reflektierender Oberfläche.
Die ältere Variante für diskrete und damit grössere
Bauteile für LED und Fotodiode ist eine Y-förmige Lightpipe
oben für LED und Fotodiode und unten mit senkrechtem
Austritt aufs Papier. Als starre Teile eigentlich nur für
LEDs in Anzeigen handelsüblich ( z.B. www.elpac.de
"Lichtleiter" ). Man kann natürlich mit dünnen
Glasfaserkabeln das basteln anfangen. Z.B. zwei LEDs
und dazwischen Fotodiode. Man wird LEDs und Dioden
mechanisch passend für Glasfaserkabel wählen.
Bevor man aber eine Optik basteln kann, sollte
eine Vorgaben vorhanden sein:
* der erforderlichen Apertur
d.h. der Strichstärke
* Muster von dem bedruckten Barcode damit man
testen kann wie "weiß" und "schwarz" reflektieren.
* bezüglich sichtbarem (rot) und IR-Bereich: IR
wäre für die Elektronik besser. wenn man die Labels
selber bedruckt würde man sich passende Tinte suchen.
* bezüglich "diffuser" und "glänzender" Reflexion
Wenn man senkrecht kommt wie Lightpipe oder HP
hat man da keinen Unterschied.
* Bewegungsgeschwindigkeit min. und max.
Zu grosse Fotodioden a la BPW34 sind kapazitiv und nicht
sehr schnell. Zu kleine Fotodioden liefern keinen Strom
und machen oft Probleme mit der Justage.
Insofern sind Grenzfrequenz, noisefloor kein reines
Problem des Verstärkers sondern auch der Diode.
* Wieviel Variabilität Abstand Optik zu Label ?
HP machen 0,5mm mühsam.
* Wie soll Papierstaub von Optik ferngehalten werden ?
Man kann Optik nach unten schauen lassen, aber wenn
der Staub statisch aufgeladen ist fällt er nicht zwangsläufig.
* Wie stehts mit ESD, magnetischen, elektrischen Streufeldern ?
Bei EMV nachher basteln wird immer sehr teuer und unbefriedigend.

Sollte das Bord noch mal geändert werden, würde ich einen simplen
ADC anstreben.
Wenn die Bewegungsgeschwindigkeit sehr hoch ist, kann eine

8 Bit CPU mit der Quantisierung überfordert sein. Man braucht
( vgl. HP-ApplicationNote ) zwei Spitzenwertdetektoren usw.
was Rechenzeit frisst.

War ursprünglich gedacht einen Zeilenscansensor zu nutzen und
daher ist auf dem Controller ein CIS/CCD Sensor Signal Processor
XRD98L23 von EXAR.
Sonderlich zielführend scheint die Entwicklung nicht organisiert

zu sein.
Es ist unsinnig die Entwicklung der Optik von der des Verstärkers
zu trennen. Üblicherweise kann ein Analog-Elektroniker der im
Besitz einer Laubsäge ist auch übliche Mechanik a la Optik
miterledigen. Sinnvoller Übergabepunkt ist am ADC zum
Programmierer.

MfG JRD