Добрый день Форумчане!
Вообщем есть алмазный детектор. При приложении напряжения порядка 200 В при воздействии на него быстрыми нейтронами образуется заряд прямо порпоциональный потоку быстрых нейтронов, который надо измерять. Поток 10^6 за 1..1.5 мкс. Емкость датчика примерно 4 пФ. Заряд я думаю в районе 200...800 fQ (-15 Q). Его нужно замерить. Область геофизическая - температура до +125 C и мощная помеха. Варианты нашел следующие - тыкните пожалуйста, что на Ваш взгляд будет работать лучше:
1. Классический преобразователь заряд напряжение.
2. Есть какой то новый способ (Forward Bias FET charge Amplifier)
3. Есть способ с обратной связью через операционный усилитель - как в документации на AD745 ( http://www.analog.com/ru/precision-op-amps...ts/product.html стр 10)

Теперь экзотика:
1. Есть микросхема - измеритель емкости - есть идея ее приспособить для измерения заряда - ведь если емкость датчика постоянная заряд на нем пропорционален напряжению.
2. Появилась микросхема Microchip’s GestIC® Technology MGC3130 - реагирует на электрическое поле - в принципе образующие заряды будут наводить электрическое поле.
Вообщем голову сломал - нужно достаточно простое и эффективное - съем информации 20 раз в секунду - то есть раз процесс быстрый заряд нужно хранить и потом еще сбрасывать.
Подскажите, кто делал похожие вещи - тут многие с быстрыми фотодиодами работают.
Вот тут похожие изделия:
http://www.cividec.at
http://www.cividec.at/#products.html

есть еще источник - хорошая статья в частности по зарядовым усилителям:
http://kit-e.ru/articles/device/2005_8_184.php


Заранее спасибо!

Сообщение отредактировал NNikolaev - Jun 17 2013, 08:06

http://www.ti.com/lsds/ti/data-converters/...aramCriteria=no
DDC112 - медленный сигма-дельта, соответсвенно будет интегрировать заряд за ~0.3мс. но если надо всего 20 раз в секунду, то пожалуй подойдёт.
DDC316 - быстрый SAR, время интегрирования от 10мкс, соответсвенно шумы повыше.
AFE0064 - отдельно зарядовый S/H.

шум ~ 1000e- = 0.2fQ\
ну и корпуса, вследствие многоканальности, у всех кроме DDC112 не самые красивые.

Про Аналого-цифровое преобразование понятно - но самое главное как вытащить и преобразовать этот заряд в выходное напряжение.
Я все таки склоняюсь к MGC3130 - уже все готово - только датчик и микросхему в цилиндр Фарадея поместить. Кто реально такие малые заряды вытаскивал?!

не поленитесь, гляньте даташит на ddc112/ddc114, это не просто АЦП, преобразовывать в напряжение ничего не надо, это АЦП с токовым входом, датчик прямо на вход вешается.
а если так хочется получить именно напряжение, то AFE0064 именно это и делает.

а MGC3130 никак не поможет, он ёмкость измеряет, а не заряды, и имеет большие входные токи, которые даже в даташите на эту микрочиповскую поделку не указаны .

Я смотрел эти токовые АЦП. у него действующих разрядов 20 и на минимальном конденсаторе 12.5 пФ у него полная шкала 50 pQ. Таким образом шаг квантования 5*10-17 Q или 0.05 fQ
Правильно?!
Вот тут еще тема немного раскрыта кому интересно.

http://forum.ixbt.com/topic.cgi?id=48:7049-2

Есть такой опыт... С IVC102. Входной ток там порядка нескольких десятков фА. Но он стабильный, и его удалось скомпенсировать до сотен аттоампер. Основные проблемы - качественная отмывка платы и шумы. Быстро такое измерять... сомнительно. Есть на этом же принципе с прицепленным сзади АЦП (Вам уже на них указывали). Есть еще (не помню точно, как называется) сестричка IVC с меньшими шумами.

не совсем, разрешение хоть и 20 бит, уровень шумов всё равно будет около 1000 электронов (у DDC14 есть диапазон 12pQ, и указано 20ppm шума, что соответствует ~2000 электронам), или 0.2 fQ, то есть несколько выше младшего разряда.
так и чем не устраивают данные АЦП?

Немного сконцентрирую внимание советующих, что у автора "температура до +125 C" и "мощная помеха" безразмерной величины.

Вот в документации к этому АЦП на стр 6 показано, что уже при 85 градусов входной ток (ток утечки) составит уже более 10 pA. Это значит, что ток в fA диапазоне просто сольется и я боюсь, что просто не зафиксируется этот ток или хуже того, он зарядит конденсатор и создаст ошибку. Еще есть мощная электродинамическая помеха, есть идея сделать 2 канала - и запускать одновременно - один с датчиком, другой просто с топологией такой же емкости. Помеха и ток утечки будет одинакова и при разности кодов мы получим ну практически чистый заряд.
Есть еще такое старое забытое - как баллистический гальванометр - там по степени отклонения судили какой заряд прошел. Может использовать твердотельную аналогию и трансформатор?!


Скажите Таня - а Вы грели ее и что ток входной стабильный и как Вы его компенсировали?!


Тут Вы совершенно правы - когда рядышком срабатывает разрядник замыкая на землю 4 кВ тут не до лабораторных условий. Я вот все же думаю поставить AD549 или lmp7721 и сделать заряд - напряжение а потом у maxim есть MAX11156 и получать свои 16 рабочих бит. Как думаете?! Все таки у этих операционниках входной ток при 125 меньше 1 рA. Как думаете?!

Нет. Во время измерений не грела. Все это жило в массивном медном экране. Ток компенсировался подачей регулируемого стабильного напряжения (милливольты....) через резистор 1 ТОм, который тоже оказался стабильным.

Вы не бойтесь, посчитайте, 10пА * 400мкс = 4фКл. уровень шумов, как я уже сказал будет пара тысяч электронов, то есть 0.5фКл, а смещение, причём постоянное, если температура не меняется, всего 4фКл - не так уж и страшно.
если это много, можно взять AFE0064, там и шумы меньше, и время интегрирования от 14мкс, соответственно даже бОльшие токи утечек много заряда унести не успеют.
точность измерения какая нужна?

Да про точность речь пока не идет - это монитор - потому как и поверять пока нечем - есть примерный уровень выхода нейтронов. Значит проблем не должно быть.
Вот еще один момент - в результате реакции образуются альфа частицы - они отрицательные - при положительном напряжении смещения у меня какой заряд на датчике конденсаторе - плюс или минус. Можно его включать прямо на вход а на другой контакт - напряжение смещения - что бы не заземлять и не использовать переходную емкость?!

всю жизнь альфа частицы были положительными, так как состоят из двух протонов и двух нейтронов.
у конденсатора с одной стороны заряд плюс, а с другой - ровно столько же минуса.
и почему при 4пФ ёмкости и 10 МегаОмах сопротивления (через него протекает 1пКл за 1мкс при напряжении пусть будет 10В) датчик вдруг стал именно кондесатором, а не, например, резистором?

Попалась статья. Может быть по теме.

Ой, это я сморозил - конечно же альфа частица положительный несет заряд. Ну резистивная состовляющая у него больше - я думаю 50 МоМ. У этого АЦП - он преобразует положительный заряд -так это что надо питать отрицательным его напряжением что ли?! Вот, что получается его зарядили до 200 В, при емкости 4 пФ он несет 800 pQ. При импульсном нейтронном потоке этот заряд уменьшится (погасится зарядом альфа частицами) - и мы должны вот эту дельту преобразовать. Вообщем что то вроде дифференциального зарядового усилителя просится. А есть ли такое в природе?!