Źródło bardzo krótkich impulsów

[Lux]

Witam!

Biorę się właśnie za budowanie pewnego układu, który być może opiszę na tym forum kiedy skończę, ale do momentu startu w konkursie, do którego jest tworzony wolałbym raczej nie ujawniać całości 😉

W maszynie tej znajdzie się jeden moduł, do którego nie za bardzo umiem się zabrać i w związku z tym liczę na pomoc któregoś z bardziej zaawansowanych członków Forbota.

Chodzi konkretnie o laser pulsacyjny. Jest to urządzenie, które ma emitować wysokiej mocy impuls lasera o czasie trwania od kilku nanosekund do około mikrosekundy.

Znalazłem odpowiedni laser i myślę, że jestem w stanie zbudować odpowiedni sterownik, ale nie mam za bardzo pomysłu skąd wziąć źródło sygnału sterującego, które zapewniało by mi odpowiednie impulsy.

Korzystając z pomocy wujka Google udało mi się znaleźć kilka schematów podobnych układów, ale nie zapewniały one możliwości programowej regulacji długości impulsu.

I wreszcie dochodzę do właściwego pytania.

Czy możecie mi polecić jakiś układ scalony, który jest w stanie dostarczyć takie impulsy o programowanej długości trwania, najlepiej między 1ns-1µs ?

Zastanawiałem się też nad wykorzystaniem portu LPT komputera lub jednego z wyjść RaspberryPi do generowania odpowiedniego przebiegu. Mogę też wykorzystać STM32 taktowany 168MHz, ale nie sądzę, żeby sobie z tym poradził.

Rozumiem, że możecie uznać to za pytanie mało związane z robotyką, ale to będzie jeden z modułów automatycznego układu. Dość nietypowego wprawdzie, ale to nadal będzie automatyka 😉

Macie jakieś pomysły?

[marek1707]

Czy robisz dalmierz Time-of-Flight? Pytam, bo to od razu naprowadza na pewne rozwiązania a pewne wyklucza. Oprócz samej generacji impulsu (co jest relatywnie proste) dochodzi wtedy jeszcze problem pomiaru opóźnienia - i to już trywialne nie jest (drabinka Verniera, "wzmacniacze czasu" itd).

Na myśl przychodzi mi kilka metod generowania takich impulsów. Rozumiem, że wolałbyś gotowe rozwiązanie: bierzemy wskazany układ scalony który pasuje interfejsem do mikrokontrolera a z drugiej strony wypuszcza impulsy o zdanym czasie. Jeżeli tego oczekujesz, nie pomogę Ci bo mając taki problem zwykle rozwiązuję go przez zbudowanie odpowiedniego układu z elementów dyskretnych i/lub normalnych, kupowalnych scalaków. Tak jest szybciej i nad wszystkim panujesz - rónież nad kosztami i terminami. Swoją drogą już samo zrobienie układu zasilającego diodę nadawczą impulsami kilkuset mA o czasie narastania < kilku ns jest wyzwaniem.

1. Kiedyś robiłem generatory impulsów lasera lub LED o rozdzielczości 10ns i 5ns. Jeżeli taki krok Ci wystarczy, to bierzesz pierwszy z brzegu układ programowalny CPLD pracujący z zegarem 100MHz, robisz licznik odliczający od zadanej wartości do zera i już. Procesor wpisuje, np. przez SPI wartość startową, okres wyzwalania itp. Jeżeli sam układ wyjściowy zrobisz na dwóch zboczach zegara, to dostaniesz nawet 5ns kroku.

2. Powyższą (lub inną) koncepcję możesz uzupełnić na wyjściu o układ przedłużający impuls, bazujący na opóźnieniach bramek. Prosty multiplekser może zbierać wpuszczony i opóźniony impuls wzorcowy z wyjścia bramek połączonych szeregowo w łańuch.

3. Do pkt 1 możesz dorobić układ czysto analogowy (lub pracujący jako samodzielny blok, bez licznika) bazujący na ładowaniu kondensatora źródłem prądowym. Wielkość prądu może być stała lub zmieniana w kilku krokach i będzie ustalała zgrubny zakres czasów a napięcie końcowe - podawane z DACa - będzie wyznaczało dokładny czas. Dwa szybkie komparatory porównujące narastającą rampę na kondensatorze: jeden z niskim napięciem wzorcowym - będzie pokazywał start, drugi z napięciem regulowanym - stop impulsu. Proste i produkuje impulsy o "dowolnie małej" długości. Ograniczeniem jest bramka wyjściowa składająca impulsy z obu komparatorów.

4. Możesz też zrobić linię długą na PCB a odczepy na niej będą dawały odpowiednie opóźnienia. To też jest rozwiązanie dyskretne.

5. Możesz użyć tranzystora z efektem przebicia lawinowego. Zasilając go z odpowiednio wysokiego napięcia (60-100V) dostajesz impulsy nadające się wprost do napędzania szybkiej diody. Tu niestety nie ma łatwej regulacji długości (zmiana pojemności w kondensatorze?) ale za to za 5zł masz impulsy 10-20ns o amplitudzie 100-500mA.

Moim zdaniem połączenie metody licznikowej z "przedłużaczem analogowym" dałoby najszerszy zakres czasów i największą rozdzielczość tanim kosztem.

Nie wiem czego Twój układ dokładnie potrzebuje i czy tak duża rozpiętość czasów jest związana z metodą i jest konieczna do pracy, czy to tylko tak na wyrost, do prób a potem i tak będzie jeden czas lub zmieniany w wąskich granicach. Napisz coś więcej.

[Lux]

Dzięki za odpowiedź.

Czy robisz dalmierz Time-of-Flight?

Nie. To nie będzie układ pomiarowy. W zasadzie mogę chyba sprecyzować funkcję lasera bo widzę, że ta informacja jednak będzie potrzebna.

Laser będzie oparty o diodę pulsacyjną o mocy znamionowej rzędu 50-100W. Jeszcze nie wybrałem diody, ale prawdopodobnie padnie na OSRAM SPLPL90_3.

Rolą lasera będzie odparowanie drobnego fragmentu "targetu" (np. kryształu albo metalu) i tym sposobem spowodowanie powstania strumienia cząsteczek poruszających się po normalnej do powierzchni targetu. Myślę, że teraz trochę rozjaśniłem 🙂

Jestem Ci bardzo wdzięczny za odpowiedź marku, ale żadna z tych metod mi nie odpowiada jeśli mam być szczery. Marzyło mi się coś co będzie generowało impulsy o zadanej długości w pożądanym zakresie, które otwierałyby klucz tranzystorowy zasilający diodę. MOSFETy, o ile pamiętam, mają czas przełączania rzędu 5ns na Volt, więc to akurat powinno działać.

Nie wiem czego Twój układ dokładnie potrzebuje i czy tak duża rozpiętość czasów jest związana z metodą i jest konieczna do pracy, czy to tylko tak na wyrost, do prób a potem i tak będzie jeden czas lub zmieniany w wąskich granicach. Napisz coś więcej.

Opiszę czego dokładnie oczekuję.

Maszyna, której szczegółów tak bardzo nie chcę ujawniać powstaje jako projekt naukowo/badawczy na konkursy wynalazców/naukowców etc.

Od modułu z laserem oczekuję wygodnego sterowania parametrami impulsu z poziomu softu umieszczonego na głównym komputerze. To będzie konieczne przez cały okres eksploatacji ponieważ parametry wiązki lasera będą zależne od próbki, z którą będę akurat pracował. Haczyk polega na tym, że wymyśliłem coś, czego nikt jeszcze nie próbował w takiej maszynie i chcę sobie zostawić możliwie duży zakres regulacji. Więc oczywiście najwygodniejszy byłby dla mnie scalak z dowolnym interfejsem, który pozwalałby precyzyjnie ( +- 2ns) sterować parametrami sygnału.

Z CPLD jest ten problem, że nigdy z takimi zabawkami nie pracowałem i nie dysponuję programatorem ani umiejętnościami, żeby ich użyć, zatem wolałbym tego uniknąć ze względu na konieczność poświęcenia dodatkowych pieniędzy i dużej ilości czasu...

Nie dałoby się wygenerować takiego sygnału korzystając z PCI w komputerze albo GPIO Raspberrego? To by było dla mnie idealne rozwiązanie jeśli scalaki do tego zadania nie są osiągalne. ( Załóżmy roboczo, że cena układu generatora może dojść do kilkuset zł).

[marek1707]

O, to już są bardzo miłe konkrety 🙂

100W? A może jednak ten laser ma już jakiś driver i wystarczy wysłać impuls TTL? Jeżeli nie, to absolutnie nie masz szans zrobić tego na kluczu MOSFET w układzie prostego tranzystora sterowanego jakimś driverem bramek. Dioda jest napędzana prądem więc musi to być układ kluczujący prąd, tylko tranzystory bipolarne i to twardo sterowane mogą tu coś poradzić. Zauważ, że przełączając niemały prąd (jaki?) do diody nadawczej w 5ns powala Cię już prosty kabelek o długości 20cm. Tutaj dowolna indukcyjność szeregowa na poziomie ułamków uH kładzie sprawę a przepięcia na niej niszczą diodę lub tranzystory. A Ty, jak rozumiem, chcesz mieć impulsy liczone w pojedynczych ns a więc czasy narastania prądu na poziomie 1ns??? To będzie duży i trudny liniowy wzmacniacz analogowy dużej mocy z pasmem pod 1GHz. Nie straszę, to tylko tak, żebyś wiedział przed czym stoisz.

Ja w pierwszym przybliżeniu zrobiłbym to jako wzmacniacz różnicowy. Potężne źródło prądowe w emiterach byłoby włączone przez cały czas (czy ktoś mówił o oszczędności energii?), a jedna strona wzmacniacza byłaby sterowana z generatora. Tranzystory w.cz. mocy pracowałyby w obszarach aktywnych (żadne tam nasycanie itp) jako wzmacniacze liniowe - jak to we wzmacniaczu różnicowym 🙂 Przełączanie prądu następowałoby szybko z lewej na prawą a jedną z gałęzi byłaby włączona dioda nadawcza. W drugiej oczywiście jakiś opornik obciążenia.

Nie wiem jak często masz te impulsy generować, ale w celu zmniejszenia strat mocy można zrobić sterowanie dwustopniowe: najpierw (np. na 100us przed impulsem) włączamy główne źródło zasilające wzmacniacz, potem - po ustaleniu się prądu robimy impuls i wyłączamy wszystko. No, to tylko takie pierwszy pomysł "z marszu".

Lubię takie wyzwania, projekty (i płytki?) CPLD mam gotowe w starych śmieciach. Jeżeli mógłbyś zacząć od rozdzielczości 5ns to masz gotowe. Zrobienie stopnia końcowego musiałoby być poprzedzone analizą rzeczywistych potrzeb, bo tutaj każda ns przekłada się na pasmo, każdy mA na moc a to wszystko na.. pieniądze.

Co będzie wyzwalało impuls? Jakieś zdarzenie czy po prostu generujemy ciąg z określoną częstotliwością? Jeżeli zdarzenie, to czy czas opóźnienia jest ważny, czy musi być deterministyczny, czy jitter położenia impulsu na poziomie 5/10ns względem zewnętrznego wyzwolenia asynchronicznego jest dopuszczalny?

Nie wiem nic o pinach I/O pracujących z zegarem kilkaset MHz więc tu Ci nie pomogę. Szyna PCI jest szybka, ale zwykle mówimy o GHz zegarze transmisji a nie o sygnałach wyjściowych z jakichś portów. Przecież jeśli impuls miałby wygenerować jakiś procesor, to musiałby wykonywać cykle dostępu do I/O w okresach pojedynczych ns - nie te rzędy wielkości.

Będę nudny, ale moim zdaniem metoda licznikowa (100MHz/10ns) uzupełniona o prostą drabinkę 10 bramek da rozdzielczość 1ns i zakres czasów od 1ns do praktycznie dowolnie w górę nie wprowadzając dodatkowych błędów dla dłuższych czasów.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Lux]

Dziękuję Ci za pomoc, na prawdę nie liczyłem, że kogoś to zainteresuje na tyle żeby odpisał. 🙂

A może jednak ten laser ma już jakiś driver

Goła dioda z dwoma wyprowadzeniami.

nie masz szans zrobić tego na kluczu MOSFET w układzie prostego tranzystora sterowanego jakimś driverem bramek. Dioda jest napędzana prądem więc musi to być układ kluczujący prąd, tylko tranzystory bipolarne i to twardo sterowane mogą tu coś poradzić.

Tego fragmentu nie rozumiem za bardzo. Klucz na tranzystorze polowym pracowałby w tym układzie w stanie nasycenia i zamknięcia, więc prąd albo płynie albo nie. Nie chcę sterować prądem diody, chcę ją tylko włączać i wyłączać, więc nie widzę konieczności pchania tutaj tranzystora bipolarnego.

A Ty, jak rozumiem, chcesz mieć impulsy liczone w pojedynczych ns a więc czasy narastania prądu na poziomie 1ns??? To będzie duży i trudny liniowy wzmacniacz analogowy dużej mocy z pasmem pod 1GHz. Nie straszę, to tylko tak, żebyś wiedział przed czym stoisz.

Spodziewałem się, że to nie będzie takie proste jak miałem nadzieję...

Zauważ, że przełączając niemały prąd (jaki?)

Spory. Według DS 40A przy 10V.

Ja w pierwszym przybliżeniu zrobiłbym to jako wzmacniacz różnicowy. Potężne źródło prądowe w emiterach byłoby włączone przez cały czas (czy ktoś mówił o oszczędności energii?), a jedna strona wzmacniacza byłaby sterowana z generatora. Tranzystory w.cz. mocy pracowałyby w obszarach aktywnych (żadne tam nasycanie itp) jako wzmacniacze liniowe - jak to we wzmacniaczu różnicowym Przełączanie prądu następowałoby szybko z lewej na prawą a jedną z gałęzi byłaby włączona dioda nadawcza. W drugiej oczywiście jakiś opornik obciążenia.

Nie rozumiem po co wzmacniacz różnicowy. Nie chcę wzmacniać sygnału sterującego tylko doprowadzić go do klucza odłączającego i załączającego diodę. Nie rozumiem tej idei i nie umiem sobie tego nawet rozrysować...

Jeżeli mógłbyś zacząć od rozdzielczości 5ns to masz gotowe.

Tu mnie masz. Sprawdzę jaka rozdzielczość będzie dla mnie zadowalająca i jutro sprecyzuję. Nie ustaliłem tego parametru.

Co będzie wyzwalało impuls? Jakieś zdarzenie czy po prostu generujemy ciąg z określoną częstotliwością? Jeżeli zdarzenie, to czy czas opóźnienia jest ważny, czy musi być deterministyczny, czy jitter położenia impulsu na poziomie 5/10ns względem zewnętrznego wyzwolenia asynchronicznego jest dopuszczalny?

To tak: impuls powinien być wyzwalany stanem wysokim podanym przez komputer główny. Nie chcę generować przebiegu tylko "szpilki" pojawiające się na żądanie. Jitter położenia może wynieść nawet więcej niż 10ns. Dopóki będzie poniżej 100ns raczej nie powinno być problemu. I nie musi być deterministyczny, ma być tylko powtarzalny.

Nie wiem nic o pinach I/O pracujących z zegarem kilkaset MHz więc tu Ci nie pomogę. Szyna PCI jest szybka, ale zwykle mówimy o GHz zegarze transmisji a nie o sygnałach wyjściowych z jakichś portów. Przecież jeśli impuls miałby wygenerować jakiś procesor, to musiałby wykonywać cykle dostępu do I/O w okresach pojedynczych ns - nie te rzędy wielkości.

Trudno... Obejdzie się.

Będę nudny, ale moim zdaniem metoda licznikowa (100MHz/10ns) uzupełniona o prostą drabinkę 10 bramek da rozdzielczość 1ns i zakres czasów od 1ns do praktycznie dowolnie w górę nie wprowadzając dodatkowych błędów dla dłuższych czasów.

Rozumiem, że proponujesz użycie bramek o znanym czasie przełączenia, równym 1ns, tak? Czy to jakiś sprytniejszy układ?

[marek1707]

Skorzystanie z gotowego systemu opto (laser+driver) to jednak ogromne ułatwienie. Robienie całej takiej maszyny od zera to trochę jak budowa roweru. Niby prosta rzecz, ale same łożyska sterów to już wyczyn, na zapewnienie sztywności węzła suportu czy tylnego widelca można stracić rok projektowania, odlanie karbonowej ramy, wielowarstwowa tarcza hamulca, 10-biegowy łańcuch+kaseta, tylna przerzutka shadow składająca się w pięść jak transformers, manetki, klamki hydrauliczne, sztyca oversized + siodło ważące 100g i.. robi się 20 lat doświadczeń. A gdzie piasty, obręcze, opony?..

Tutaj podobnie. Możesz kupić driver, np taki:

http://www.ixyscolorado.com/index.php?page=shop.product_details&flypage=flypage.tpl&product_id=4&category_id=22&option=com_virtuemart&Itemid=59

i masz problem z głowy albo możesz nauczyć się jak go zrobić. Tylko, że wtedy koszta prób i porażek będą dużo większe niż te marne(hm) 500USD. Są też gotowe generatory z driverami diod laserowych, ale ceny w tej samej walucie są już 4 cyfrowe..

Tak, jeśli raz prąd płynie a raz nie, to znaczy, że sterujesz prądem. Spowodowanie szybkiego wzrostu napięcia w jakimś punkcie nie gwarantuje, że popłynie jakiś prąd. Sądzę, że driver na tranzystorze unipolarnym może zrobić zbocze z 5ns lub wolniejsze. A i tak wtedy musisz sterować bramkę wieloma Amperami prądu. Ty potrzebujesz jeszcze szybszego chyba, że to tylko takie miękkie założenia "z fotela przy kawie".

Popatrz, proste obliczenie: indukcyjność 1cm kabelka to jakieś 10nH, może trochę mniej. Załóżmy, że Twoja dioda ma tylko swoje nóżki. Mamy więc 6cm drucika, po 3cm na stronę. To daje 60nH - prawie zero, prawda? A teraz wpuszczamy w to prąd 20A z szybkością zbocza 3ns. Jaki dostajemy przepięcie? 60nH*20A/3ns=400V. Ile wytrzymuje dioda? 5V? Hmm...

Chcę tylko powiedzieć, że osiągnięcie nanosekundowych stromości takich prądów jest w warunkach amatorskich praktycznie niemożliwe. A przecież nie policzyłem indukcyjności wszelkich innych elementów po drodze prądu: doprowadzeń tranzystora, doprowadzeń zasilania, indukcyjności własnej kondensatorów itd.. Tak, one spowodują znaczny spadek stromości narastania prądu i przepięcia będą mniejsze, ale.. kosztem stromości zboczy.

Od innej strony: orientacyjny czas zbocza możesz dostać z prostego wzoru: T=(1.1*L*I)/V. Zakładając, ze wszystkiego po drodze masz 100nH, dysponujesz napięciem 50V i chcesz dociągnąć do 40A wychodzi coś około.. 90ns 🙁 Czy mówiłeś coś o impulsach 5ns? To teraz sam policz jakim napięciem musisz zasilać układ i do jak małych indukcyjności musisz zejść, żeby te Twoje 40A narosło choćby i w 5ns.

Żeby sam tranzystor działał szybko nie może być po prostu przełączany między stanami włączenia i wyłączenia. Musi pracować w zakresie liniowym a to zapewnia źródło prądowe we wzmacniaczu różnicowym. Nie chcę niczego wzmacniać, to tylko taka nazwa pewnej topologii układu. No nic, nieważne, może kiedyś do tego wrócimy.

Nie, nie mogę liczyć, że ktoś wyprodukuje wreszcie pojedyncze bramki o czasie propagacji 1ns 🙂 To byłby łańcuch elementów RC (lub linii długich na PCB) który daje względne opóźnienie 1ns jednego toru względem drugiego. Robiąc kilka takich elementów połączonych szeregowo (myśl o tym jak o linii długiej z odczepami) dostaniesz impuls wzorcowy przesunięty o 1-9ns. ANDując wyjście takiego opóźniacza z przebiegiem wzorcowym dostaniesz skracanie impulsu o 1-9ns. Mając 8-bitowy licznik 100MHz możesz generować impulsy od 10ns do ok. 2.5us, oczywiście z krokiem 10ns a ze "skracaczem" na wyjściu każdy z tych kroków rozbijasz jeszcze na 10 działek po 1ns. Proste 🙂

Całą logikę cyfrową można zamknąć w jednym CPLD, ładować przez SPI, wyzwalać sygnałem zewnętrznym lub wbudować nawet generator jakichś sekwencji, np. liczba impulsów i czas powtarzania. Dookoła byłoby trochę elementów RC, rzędu 33R/22pF (tak na oko) zapętlonych do środka układu i procesorek współpracujący z komputerem. To nie wydaje się jakimś wyczynem, prawda?

[marek1707]

Czy coś w temacie drgnęło? Jakieś decyzje? Nowe pomysły? 🙂

[Lux]

Chwilowo nie, ponieważ spadło na mnie kilka innych rzeczy, ale od przyszłego tygodnia mam zamiar wrócić do zagadnienia 😉

Prawdopodobnie i tak skończy się na gotowym sterowniku diody laserowej.

[Lux]

W końcu mam czas żeby powrócić do tematu.

Nieco posunąłem się do przodu z założeniami konstrukcyjnymi i chyba nieco lepiej zrozumiałem problematykę zagadnienia. Oto do czego doszedłem:

- prawdopodobnie wystarczy mi zakres długości impulsu między 30-100ns

- złożoność konstrukcji jest na tyle wysoka, że nie będę nawet próbował budować sterownika DIY, zamiast tego posłużę się gotowym modułem

- pojawił się drobny problem, nad którym szczerze mówiąc nie myślałem wcześniej... mianowicie laser musi dotrzeć do wnętrza komory próżniowej. Jeśli włożę do próżni cały moduł lasera to będę musiał to jakoś chłodzić (myślałem o dużych ilościach pasty termoprzewodzącej i ogniwach peltiera zamocowanych do metalowej płyty będącej podstawą konstrukcji). W analogicznych komercyjnych rozwiązaniach kolimator jest wbudowany w ścianę komory i wchodzi przez niego z zewnątrz wiązka lasera. Takie rozwiązanie raczej mnie przerasta, ponieważ nie mam pomysłu jak to zrobić bezpiecznie i szczelnie.

Wybrałem ten model sterownika: LDP-V 40-70, jako, że jest tani i zapewnia całą potrzebną funkcjonalność. (sterowany impuls 40A w zakresie od 15ns do 1µs)

http://pl.rs-online.com/web/p/sterowniki-lasera/6665640/

Dioda, której użyję to najprawdopodobniej http://pl.rs-online.com/web/p/diody-laserowe/6541866/

Teraz zestaw pytań 🙂

1. Jak rozwiązać chłodzenie w komorze próżniowej? Termostat z ogniwami peltiera?

2. Czy jest jakiś powód, dla którego ta dioda nie może współpracować z tym sterownikiem? Wiem, że nie mogę użyć jej w pełnym zakresie długości impulsów sterownika.

3. Szczerze mówiąc nie dokopałem się do żadnego dokumentu, w którym by było jasno powiedziane jak wyzwala się impuls tym sterownikiem... Powtarza po prostu sygnał podany na wejście na diodzie? Np. podanie 100 ns stanu wysokiego na trigger spowoduje 100 ns impuls diody laserowej?

4. Jeśli rzeczywiście steruje się tak jak napisałem wyżej, to skąd wziąć programowalne źródło takich impulsów? (Tylko nie z elementów dyskretnych. Chcę ograniczyć ilość rzeczy, które będą potencjalnie odmawiały posłuszeństwa, a chyba jednak brakuje mi doświadczenia, żeby się grzebać w tak krótkich sygnałach i oczekiwać od układu przewidywalności 😉 )

5. Jak wygląda kwestia zasilania takiego sterownika? Wystarczy dać elektrolit 1000µF i kilka ceramików między ➖ i ➕ czy to nie jest aż tak proste?

6. Pogubiłem się trochę w kwestii kolimatora. Skąd mogę wziąć taki, który nie zostanie odparowany przez tą diodę? Polecicie jakiś sklep z optyką albo jakiś konkretny model? Na co ewentualnie zwracać uwagę przy wyborze?

Na chwilę obecną z tym nie umiem sobie poradzić. Pomożecie?

[marek1707]

Manual do tego drivera jest na stronie producenta:

http://picolas.de/images/stories/variable_pulsdauer/ldp-v_10-70_40-70_manual_rev1310.pdf

Wynika z niego, że:

Wejście wymaga sygnału min 2.4V i jest dopasowane do kabla 50Ω. Dokładnie taki sam driver musisz mieć po swojej stronie, czyli w generatorze. To typowa impedancja, trzeba tylko kupić taki kabelek koncentryczny i zrobić dopasowanie.

Tak, sygnał triggera jest powielany na diodzie. Wygenerujesz stan wysoki przez 100ns, masz 100ns impuls wyjściowy.

Z powodu ograniczeń (termicznych i/lub wydajnościowych przetwornicy HV) trzeba uważać z wypełnieniem - jest odpowiedni wykres w zależności od długości impulsów.

Prąd wyjściowy ustalasz po prostu przez zmianę napięcia HV dwoma metodami: potencjometrem na sterowniku (ale to raczej jednorazowo) oraz napięciem DC 0-10V na wejściu 6. Rzeczywisty prąd diody kontrolujesz poprzez obserwację odpowiedniego wyjścia (pin 1) - tam dostajesz impuls (ujemny!) o skali - w Twoim przypadku, 20A/V. Wyjście jest dopasowane do 50Ω (a jakże by inaczej) więc Twój monitor prądu też musi mieć takie wejście - dopiero wtedy zgadza się skala, no i można odbierać krótkie impulsy.

Z resztą co ja tu będę pisał, wszystko jest we wskazanym manualu.

W technice impulsowej zapomnij o elektrolitach, nawet na zasilaniach. W tym konkretnym przypadku jeżeli chcesz coś poprawić, to możesz dać jakąś pojemność 22-47uF low-esr na te 15V napięcia wejściowego, ale i tak widzisz tam tylko przetwornicę step-up która bardzo wymagająca pod względem zasilania nie jest. Wszystkie szybkie przebiegi załatwiane są przez te dwa kondensatory na płytce drivera. Nie miałbyś szans niczego pokryć z pojemności leżących poza płytką - pamiętasz co pisałem o indukcyjnościach doprowadzeń?

Dioda laserowa oczywiście musi być dołączona bezpośrednio do dwóch specjalnych padów na krawędzi PCB sterownika.

Zakres 30-100ns jest w porządku, ale znów nie napisałaś o rozdzielczości. Jeśli wystarcza krok 10ns, to - jak pisałem - prosty układ licznika 100MHz załatwia sprawę. Mogę Ci to zrobić. 4-bitowy pokryje już zakres 10-150ns.

Sam driver w specyfikacji ma wydzielaną moc na poziomie 2W. To dużo i niedużo. Gdybyś miał to wyciągnąć tylko przez przewodnictwo (czyli w próżni), to może być problem z samym połączeniem płytki sterownika z ew. profilem przewodzącym ciepło, bo chyba po prostu nie jest do tego przystosowany. Nie widzę żadnych otworów montażowych ani innych elementów do których można przyłożyć coś płaskiego. No i pytanie co jest głównym "generatorem" ciepła: cewka przetwornicy, jej elektronika, driver diody czy jeszcze coś innego. Do tego dochodzi sama dioda laserowa umocowana bezpośrednio na PCB, choć akurat w tym wypadku jej tania, plastikowa obudowa (aż 160°C/W) bardzo ogranicza moc strat w tym elemencie.

Z drugiej strony 2W to na tyle mało, że moim zdaniem obejdzie się bez aktywnego chłodzenia Peltierem nawet jeśli trzeba utrzymać temperaturę PCB w granicach 70°. Specyfikowany zakres pracy drivera kończy się co prawda na +55°C, ale jest to jak rozumiem temperatura otoczenia.

Na optyce aż tak się nie znam - nic o kolimatorze nie pomogę, ale mogę zapytać mądrzejszych.

[Lux]

Dzięki za kolejną odpowiedź 🙂

Manual do tego drivera jest na stronie producenta

Znalazłem i czytałem. Parę rzeczy było dla mnie niejednoznacznych.

Wejście wymaga sygnału min 2.4V i jest dopasowane do kabla 50Ω

Mam znaleźć kabel o oporze 50Ω? Zrozumiałem to jako konieczność umieszczenia opornika między wyjściem generatora sygnału i triggerem.

Rzeczywisty prąd diody kontrolujesz poprzez obserwację odpowiedniego wyjścia (pin 1) - tam dostajesz impuls (ujemny!) o skali - w Twoim przypadku, 20A/V.

To właśnie jedna z rzeczy, które są dla mnie niejednoznaczne. W manualu jest napisane: Negative. Zrozumiałem przez to, że jest to wejście odwrócone, czyli domyślnie jest w stanie np. 5V i jak opadnie do 4V to płynie 20A. Ale Ty mówisz, że jest tam napięcie ujemne, tak?

Zakres 30-100ns jest w porządku, ale znów nie napisałaś o rozdzielczości. Jeśli wystarcza krok 10ns, to - jak pisałem - prosty układ licznika 100MHz załatwia sprawę. Mogę Ci to zrobić. 4-bitowy pokryje już zakres 10-150ns.

Krok 10ns jest w porządku. Przeglądałem liczniki z rodziny 74, tyle tylko, że ich zakres częstotliwości kończy się na 35MHz. Czytałem coś o serii S, która pracuje przy 100MHz, ale nie znalazłem tych układów. Co byś tu doradził?

Do tego dochodzi sama dioda laserowa umocowana bezpośrednio na PCB, choć akurat w tym wypadku jej tania, plastikowa obudowa (aż 160°C/W) bardzo ogranicza moc strat w tym elemencie.

Nie bardzo rozumiem jak plastikowa obudowa ma ograniczyć moc strat. Boję się właśnie przegrzania diody. Co do sterownika to zakładałem, że ciepło wydzieli się głównie w scalakach, bo zdawało mi się, że pełnią rolę drivera diody.

Na optyce aż tak się nie znam - nic o kolimatorze nie pomogę, ale mogę zapytać mądrzejszych.

Z tym chyba sobie poradzę. 😉

[marek1707]

Kabel ma impedancję nie opór, bo jest to wielkość zespolona no i trochę taka nierzeczywista. Nie zmierzysz jej przecież omomierzem. Generalnie kable koncentryczne są 50 i 75Ω. Mają to napisane na sobie lub w ostateczności typ - po tym też można poznać. Musisz użyć tego pierwszego rodzaju, bo cały tor transmisji sygnału musi być spójny. A to oznacza 50Ω nadajnik sygnału, 50Ω kable i 50Ω odbiornik. Ten ostatni już masz (albo zaraz go kupisz). Ta jednolitość toru jest ważna, bo od każdej nieciągłości impedancji odbija się trochę energii idącej tam fali i wraca zmniejszając amplitudę sygnału dochodzącego do końca i zwiększając ogólną "kaszanę" w kablu. Nadajnik robisz poprzez użycie jakiegoś silnego drivera linii i dopasowanie go (jeżeli "fabrycznie" nie jest to już zrobione) opornikiem szeregowym właśnie do 50Ω. Musisz pamiętać, że takie dopasowanie powoduje podział amplitudy, więc jeśli użyjesz drivera zasilanego np. z 5V o impedancji wyjściowej powiedzmy 10Ω i dodasz mu jeszcze opornik 40Ω to obciążenie 50Ω na drugim końcu kabla zobaczy impuls o wysokości jedynie 2.5V 😐

Na szczęście dopasowania i całe to zamieszanie z kablami ma znaczenie, gdy czas narastania zbocza z generatora zbliża się do czasu przelotu sygnału przez kabel. Jeżeli generator będzie bardzo blisko wejścia drivera diody (tak do 10cm), to możesz sterować cały ten interes z wyjścia zwykłej bramki TTL. Czy to jest fizycznie do zrobienia?

Negative. Ja spojrzałem na uproszczony schemat i wszystko stało się jasne: wyjście pomiarowe sprzężone jest przez kondensator Cs i pokazuje po prostu spadek napięcia na impedancji wyjściowej źródła HV. Tak więc, niestety, impuls wyjściowy będzie poniżej zera.

Odkąd zaczęto stosować układy PLD i CPLD to logika TTL bardziej skompikowana niż pojedyncze bramki i przerzutniki trochę poszła w kąt. Seria S to pradawne wyczyny okupione gorącymi obudowami i zasilaniem idącym czasem w 100mA/kość. Dzisiaj zostały już tylko niedobitki i to raczej w nowszych technologiach, np. coś takiego:

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cy54fct163t.pdf

Licznik musi być synchroniczny (74160-74163) bo żaden "łańcuszkowy" typu 7493 przy tej częstotliwości nie wyrobi. Ja jednak myślę, że naprawdę nie warto klecić tego na piechotę. Musisz jeszcze zrobić logikę ładowania, bramkę wykrywana stanu > 0, potem jeszcze to synchronizować do zegara, itd. Najprostszy nawet GAL16V8 lub 22V10 wystarczy, ale do tak prostych układów - mimo, że same są tanie - potrzeba programator. Mój leży dawno zeskładowany w najniższych pokładach historii. Ja bym wziął coś większego Altery lub Lattica (bo takie mam 🙂 ) programowanego przez JTAG i mającego z 64 przerzutniki i zrobił tam w środku licznik 4..8-bitowy, do tego logikę jego startu/zatrzymywania i ładowanie po SPI rejestru bazowej długości impulsu. Procesor musiałby tylko wypuszczać z któregoś ze swoich timerów sygnał doprowadzony do PLD, a np. na narastającym zboczu generowany byłby impuls dla diody. Miałbyś tym samym regulację długości - poprzez SPI, jak i okresu - przez przeprogramowanie okresu swojego timera. Projekt takiego czegoś od zera, to dwie godziny łącznie z symulacją.

Moc strat to moc jaka wydziela się w złączu diody (lub innego elementu). Tym samym rośnie w środku temperatura, bo wydzielona energia odpływa tylko wtedy, gdy złącze jest cieplejsze niż otoczenie. po drodze jest jednak obudowa i jest ona takim "opornikiem" przez który ciepło musi się przedostać na zewnątrz. Jeżeli ten opornik jest duży (np. kawał plastiku zamiast miedzianej blaszki) to stwarza duży opór dla odpływającej energii i dlatego więcej jej zostaje w środku. Temperatura rośnie i stabilizuje się na takim poziomie, na jakim ilość energii odpływającej przez marną obudowę zrównoważy ilość energii traconej (czyli wydzielanej) w półprzewodniku. Temperatura złącza nie może być zbyt wysoka, więc i ilość ciepła wydzielanego w środku jest ograniczona. Im gorsza obudowa, im bardziej "plastikowa", im mniejsza i im bardziej "otulająca" strukturę, tym ilość energii wydzielanej wewnątrz musi być mniejsza, by nie przekroczyć np. 100°C. To właśnie rezystancja termiczna obudowy ogranicza moc strat w elemencie.

Powodzenia.

Napisz co postanowiłeś w sprawie generatora. Może być na PM 🙂