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[运放] PhotoDiode运放不理解的地方

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15928|280
 楼主| 〽️〽️〽️ 发表于 2021-3-9 14:07 | 显示全部楼层
对用的这个Fluke 1552A

另外关于0.1   概念， 是这样的 设备要求温度  25.2  25.3 25.4 ....这样。  
如果0.5 只要22.5，  23  ， 23.5 即可     当0.5的时候要求tao值稳定性降低些也没问题，也就是硬件不完美实际也可以

但要求0.1时， 光纤探头至于恒温箱内， 保持 23.1  这样比如1分钟，  老外用同样的电路+EFM32G处理器是可以做到的。
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Jack315
你也能做到 0.1°C。关键是设计要做对了才行。  发表于 2021-3-9 14:12
Jack315 发表于 2021-3-9 14:40 | 显示全部楼层
推荐给 LZ 参考：

《六西格玛设计（DFSS）案例 —— 三角波发生器》
[https://]
bbs.21ic.com/icview-1709808-1-1.html
先把硬件搞定。
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〽️〽️〽️
OK!谢谢  发表于 2021-3-9 14:43
 楼主| 〽️〽️〽️ 发表于 2021-3-9 15:28 | 显示全部楼层
本帖最后由 〽️〽️〽️ 于 2021-3-9 15:33 编辑

网上找到的 一些算法，请几位模拟老师 来指导分析下。
https://wenku.baidu.com/view/989961d33e1ec5da50e2524de518964bce84d249.html

理论指导实践，争取早日做稳定，再次感谢 指导帮忙！

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不奇怪
处理多指数荧光信号问题不大。  发表于 2021-3-9 18:02
不奇怪
LM算法不错，我用的比较多，收敛速度快，稳定。关键就是求雅可比矩阵J，已经有模型了，求雅可比矩阵很容易。然后求JJ=JT*J EE=J*E 最后解方程 (JJ+uI)*dX=EE求dX, X+=dX ,重复以上步骤几次就可以了。u要仔细调！！！  发表于 2021-3-9 18:00
 楼主| 〽️〽️〽️ 发表于 2021-3-9 15:30 | 显示全部楼层
Jack315 发表于 2021-3-9 14:40
推荐给 LZ 参考：

《六西格玛设计（DFSS）案例 —— 三角波发生器》

67楼，请大师帮忙分析下 网上提到的方案，谢谢！
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叶春勇 发表于 2021-3-9 15:34 | 显示全部楼层
〽️〽️〽️ 发表于 2021-3-9 15:28
网上找到的 一些算法，请几位模拟老师 来指导分析下。
https://wenku.baidu.com/view/989961d33e1ec5da50e2 ...

双指数模型，怎么弄的？
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叶春勇
@〽️〽️〽️ ：我的理解是当作二阶系统，或n阶系统，但是会得出好几个tao，然后通过这几个tao跟温度对应，倒是没想通。有点像系统辨识，一阶系统的拟合，我是研究过，二阶的，要用matlab系统辨识工具箱  发表于 2021-3-9 15:44
〽️〽️〽️
我的理解是 这个感温材料的特性决定了，它的衰减其实并非单指数模型衰减，是双指数的， 具体为什么我也说不出个所以然  发表于 2021-3-9 15:36
 楼主| 〽️〽️〽️ 发表于 2021-3-9 16:33 | 显示全部楼层
本帖最后由 〽️〽️〽️ 于 2021-3-9 16:43 编辑

运放的IN+ ,这里分压后，只有0.033V， 这样低的电压输入IN+  是什么原因呢？ 因为IN-  只能接收非常小的电流，跨接放大不够大吗？

看资料理解了 在运算放大器的非反相输入端施加一个偏置电压，以防止输出端饱和负电源


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 楼主| 〽️〽️〽️ 发表于 2021-3-9 16:54 | 显示全部楼层
本帖最后由 〽️〽️〽️ 于 2021-3-9 16:56 编辑

4095 是3.3V
0       是0V
噪声现在45左右

实际是这个偏置电压0.033V是吧，     45换算电压  45/4095 *3.3V=0.036V     基本一致

当温度变化厉害时，实际就是LED发光的DAC调节变动电流大时， 这时候VCC 3.3干扰大了， 导致这个45 变成了 60-70， 是这样吧？  就是G段采集的噪声 一般都是45样子， 有时60-70

还有就是产品 用铜皮包起来接GND后 ，这个偏置电压 输出甚至42-45 这么小的值 变动， 影响到最后tao值 也是异常稳定。 如果不用铜皮包起来接GND， 那tao值实测 是不稳定，老外做的是这样 必须铜皮包起来接地才能用


当电源干扰大的时候  其实就是DAC 30ms周期内不停的调节电流，加大减小 电流时  更明显些

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yjmwxwx 发表于 2021-3-9 17:15 | 显示全部楼层
网上找了本书，我不懂英文自动翻译看了看不知道有没有用第11章机械翻译

原版









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〽️〽️〽️
谢谢，参考看看  发表于 2021-3-9 17:17
Jack315 发表于 2021-3-9 17:20 | 显示全部楼层
〽️〽️〽️ 发表于 2021-3-9 15:28
网上找到的 一些算法，请几位模拟老师 来指导分析下。
https://wenku.baidu.com/view/989961d33e1ec5da50e2 ...

这是假定模型为多个指数的和，是用于高精度荧光寿命的测量中的，貌似与你的应用有差别。
另外，这个这个算法计算量比较大，单片机貌似也干不了。单指数模型应该是比较适合你的应用的模型。

也试着找了点资料学习一下：

这个文档里提到了荧光寿命与温度的关系（模型）。
可以参考下。

荧光寿命的对数与温度成线性关系。

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〽️〽️〽️
太复杂的确实不行，采样完成后 ，最多3ms必须全部计算完成，这对于ln这些计算是越少越好， 多的话，modbus 串口 被阻塞 接收就不好了  发表于 2021-3-9 17:51
Jack315 发表于 2021-3-9 18:22 | 显示全部楼层
yjmwxwx 发表于 2021-3-9 17:15
网上找了本书，我不懂英文自动翻译看了看不知道有没有用第11章机械翻译

原版

11 章提出的这几个方案都值得考察下。
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叶春勇 发表于 2021-3-9 19:55 | 显示全部楼层
锁相放大器的方案，用正弦波，估计相应速度更慢，检测微弱不变化的信号首选。这个衰减信号变化很快的
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 楼主| 〽️〽️〽️ 发表于 2021-3-9 20:17 | 显示全部楼层
本帖最后由 〽️〽️〽️ 于 2021-3-15 17:15 编辑


1组是 产品外壳包铜皮后接GND， 非常稳定，一直保持一个温度， 可以看到decay time 就是tao值 变化很小

另外一个是 外壳包铜皮后 没接GND ,看到 稳定性很差。


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 楼主| 〽️〽️〽️ 发表于 2021-3-9 20:23 | 显示全部楼层
本帖最后由 〽️〽️〽️ 于 2021-3-15 17:15 编辑

这是tao和温度的 modbus输出数据，常温下 手握---手离开， 全程0.1°C分辨率输出
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叶春勇 发表于 2021-3-9 21:01 | 显示全部楼层
〽️〽️〽️ 发表于 2021-3-9 20:23
这是进口产品， 外壳铜皮接GND后， 效果惊人

看看完美的曲线，我也一定要做到一样！

把进口的pcb，给拍个照片，给我们学习一下
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〽️〽️〽️
80楼  发表于 2021-3-9 22:39
 楼主| 〽️〽️〽️ 发表于 2021-3-9 22:40 | 显示全部楼层
本帖最后由 〽️〽️〽️ 于 2021-3-15 17:13 编辑

这个进口的 老外弄了一层环氧一类的坚硬的东西 基本也看不到什么，只能看个大概器件位置

最后一张是光学结构，这部分不涉及电气特性
银色接头金属的， 黑色塑料的， 这个塑料和内部PCB是隔离的，这款是进口的老外产品
但是黑色用金属包起来后接GND 就非常稳定得到tao，否则也是不稳定的
这是什么问题导致的呢？

我是重新设计了硬件，代码没有可参考的，全部重头写的，目前 包铜皮和不包同皮都是 tao   不满足稳定

只能C1值加大到33pf后才能满足 基本稳定tao 小数点变动， 随之带来的问题就是 不同长度的光纤传感器 会测出完全不同的温度值。
应该和这个C1加大后有关， 这也是我开贴一开始问的

然后很多热心的大师都来指导  改进我的算法和电路，由于我水平有限，只能慢慢花时间，我会一个一个去验证和消化这些提供的帮助指导知识点

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〽️〽️〽️
这里我设计的没有加环氧树脂，是不是运放 CPU 这里受潮 或者什么会导致高精度不准，所以加环氧？ 密封了可靠更强？  发表于 2021-3-9 22:52
Jack315 发表于 2021-3-9 23:02 | 显示全部楼层

RE: PhotoDiode运放不理解的地方

〽️〽️〽️ 发表于 2021-3-9 22:40
这个进口的 老外弄了一层环氧一类的坚硬的东西 基本也看不到什么，只能看个大概器件位置

最后一张是光学结 ...
只能C1值加大到33pf后才能满足 基本稳定tao 小数点变动， 随之带来的问题就是 不同长度的光纤传感器 会测出完全不同的温度值。
应该和这个C1加大后有关， 这也是我开贴一开始问的
能不能晒晒不同长度光纤传感器的测度数据？最好有说明测试条件。
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〽️〽️〽️
@Jack315 ：这款进口的产品，老外从设计2003年开始设计当时只能2°C 分辨率，改了十几年一代一代升级到现在 稳定到 精度0.3°C ， 分辨率0.1°C . 用很少的器件实现。 当然他们有另外一款DSP+定制ADI芯片的 高端产品 精度还要高，这个好几年前就实现了。  发表于 2021-3-9 23:40
〽️〽️〽️
@Jack315 ：是的，但目前受限于进口产品的思路，他们是必须设置一个默认点3000。 有些比如20米长的光纤，无论如何都达不到3000的，可以设置2000。 这是一个可设置参数。一旦设置了，系统就会按着设置值跑，因为寄存器里可以看到这个 设置值3000， 或者2000， 它以±1%的误差 恒定出现  发表于 2021-3-9 23:36
Jack315
@〽️〽️〽️ ：没有现成的数据就不要了，等以后硬件、软件都搞定后再来。测温时，好象不必一定要 3000 的那个固定值，因数荧光寿命时间与光强无关。只要时间等间隔的采样数据就行。至于光纤不同长度对光强的影响，应该有一些方法可以解决的。也是等以后再来试验。  发表于 2021-3-9 23:24
〽️〽️〽️
这个是这样的，不同长度的光纤我可以搭建出来测下数据 情况是如下： 30cm~10米的不同长度， 在相同温度下测 肯定是温度一样的，比如都是测的25.2°C 唯一不同的就是 DAC输出， 10米的必定要DAC输出大，这样LED发光强了，才能在关闭LED后等待固定的us时间抓到3000那个ADC值。随后 里面怎么采样怎么算法的进口的我就不得而知了，没有源代码。  发表于 2021-3-9 23:08
 楼主| 〽️〽️〽️ 发表于 2021-3-9 23:04 | 显示全部楼层
本帖最后由 〽️〽️〽️ 于 2021-3-15 17:14 编辑

下图是我设计的硬件及程序 输出到PC的值

左边是外壳包铜皮接GND时的噪声值         右边是外壳没有接地时的噪声值


我现在比较在意纠结的是，为什么老外的进口产品塑料外壳用金属包起来用一根线接板子GND地就稳定不包老外进口的也是很不稳定。

而我设计的产品 硬件包与不包铜皮 接GND， 对稳定性一点都没影响，实际看30ms采用噪声时包铜皮接GND后，明显噪声小了很多。

这是否涉及到EMC 一类知识点，还是软件里过滤算法的问题， 还请各位大师帮忙指导下，谢谢！
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Jack315
这个“噪声”看起来是个周期信号，频率目测为 2.2 Hz。想像不出来这个“噪声”来自哪里。  发表于 2021-3-9 23:27
叶春勇 发表于 2021-3-9 23:13 | 显示全部楼层
〽️〽️〽️ 发表于 2021-3-9 22:40
这个进口的 老外弄了一层环氧一类的坚硬的东西 基本也看不到什么，只能看个大概器件位置

最后一张是光学结 ...

四层版，中间的电源层和地层不乱走线，硬件改进空间应该不大，元件不多。看来应该是软件算法差距，我还以为你有代码呢。
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〽️〽️〽️
90楼 ，有更新资料，谢谢！  发表于 2021-3-10 23:14
〽️〽️〽️
好的。 是的，目前是 四层 TOP GND 3V3 BOT 中间内电层 基本完整的  发表于 2021-3-9 23:19
Jack315 发表于 2021-3-10 00:00 | 显示全部楼层
本帖最后由 Jack315 于 2021-3-15 17:33 编辑

内容已删除。

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Jack315
@〽️〽️〽️ ：哦，目测不准的  发表于 2021-3-11 13:33
〽️〽️〽️
是4~5mm,实物也是  发表于 2021-3-11 13:27
Jack315 发表于 2021-3-10 09:14 | 显示全部楼层
将 C1 改为 33pF, C5 改为 330nF 试试看采样是否稳定。

fc = 1 / (2 π R1 C1) = 1 / (2 π R4 C5) = 482 Hz
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不奇怪
@Jack315 ：呵呵，增加两个电容，再增加一个矫正工位，可行。  发表于 2021-3-11 10:31
Jack315
@不奇怪 ：由于单片机的资源所限限，现在也不考虑数字滤波。在软件里频谱的混叠也不准备修复，而是通过校准来进行修正。在以后 LZ 考虑数字滤波的时候，或许可以考察下在没有模拟 LPF 的情况下，性能究竟是否会受到影响。估计这应该是 LZ 下一代产品里要考虑的事了。  发表于 2021-3-11 09:07
Jack315
@不奇怪 ：感谢大侠的参与，望能发贴详述。以目前情形看，在极点对应的频率设置过大时已影响到了正常测温，就是 LZ 说的不稳定。采样保持后信号（包括噪声）频谱必然发生混叠。SAR ADC 前加 LPF 貌似是提高 SNR 的常规操作。如果没有这个LPF，测温的精确度（分辨率）可能会受到影响。  发表于 2021-3-11 09:00
不奇怪
@Jack315 ：本来像这种尖刺型的干扰，软件可以通过时域滤波去掉，现在你先用硬件做频域滤波，使得软件时域滤波变得非常困难。同时修复频谱混叠其实就是频域滤波的逆运算，何必呢？----非常费时且不必要。  发表于 2021-3-11 08:06
Jack315
@不奇怪 ：后续对电路（包括软件）还要进行改善的。现在先能基本“正常”工作。通过实验对系统有个初步的认识。  发表于 2021-3-10 13:24
不奇怪
不能用滤波去除噪声 ，会改变荧光衰减指数。改变c1 c5时间常数增加660uS，而且增至少两种伪信号。  发表于 2021-3-10 12:50
Jack315
@〽️〽️〽️ ：硬件先就这样。现在试验在同一温度下，不同光纤长度的测温。时间等间隔，要求有用 FLUKE 1552 测量的温度、光纤长度、ADC 读数。具体实验参数一会儿发出来。  发表于 2021-3-10 09:51
〽️〽️〽️
试了下，是稳定的，但是 C5改大后 出现不同长度的光纤，测温相差甚远，有5°C以上  发表于 2021-3-10 09:42
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