Как бороться с внешними помехами? Опции

[ArtDenis]

Имеется трансимпедантный усилитель на 47 МОм, к которому на вход подключен фотодиод. Фотодиод регистрирует короткие и очень слабые вспышки света от куска кристалла, который называется сцинтиллятор. На выходе - небольшой фильтр, который режет высокие и низкие частоты и далее - осциллограф. Всё это для отладки смонтировано вот в таком корпусе:

Круглая штука с изолентой - это параллельно соединённые фотодиоды, прицепленные к сцинтиллятору.

Гнёзда, через которые подаётся смещение 50 вольт на фотодиод и 5 вольт для питания схемы зашунтированы конденсаторами 0.1 мкФ:


Снаружи подключаются питание схемы, смещение фотодиода и осциллограф. Перед входом в первые 2 разъёма стоит один виток на маленьком сердечнике проницаемостью 2000, а на кабеле, идущим к осциллографу, стоит мелкая ферритовая чашка:


При работе крышка коробки закрывается, завинчивается и даже оборачивается чёрной изолентой, чтобы свет снаружи не попадал на фотодиод:


Внутри напряжение смещение для фотодиода (50 вольт) проходит подряд две RC-цепочки 1МОм/0.1мкФ для уменьшения помех. Питание ОУ усилителя тоже фильтруется при помощи RC-цепочки 22 Ома/10 мкФ. Конденсаторы - SMD керамические. ОУ, который применён в усилителе, имеет полосу пропускания 150 МГц.

Так вот. Снаружи всё равно проникают помехи. Например, от сотового телефона. Стоит поговорить по телефону на расстоянии 1-2 метров от устройства, как на экране осциллографа появляются помехи во много раз превышающие величину сигнала.

Нужны идеи как определить способ проникновения помех и загасить их до приемлемого уровня.

Сообщение отредактировал ArtDenis - Sep 28 2014, 15:15

[Семин]

Из какого материала сделана коробка?

[polyakovav]

Хорошо бы уточнить уровни сигналов и диапазон частот, тогда можно будет посоветовать что-то конкретное.
А в общем случае нужно убрать все провода внутрь экрана. Если уровень сигнала совсем маленький (микровольты), экран лучше сделать из луженой жести и запаять все щели. Вывод сигнала наружу можно сделать через проходной конденсатор.


Блокировочные конденсаторы с длинными выводами, припаянные на разъемах, работают в лучшем случае до 200-300 МГц. На частотах сотовой связи от них толку мало.

[Herz]

Стоит поговорить по телефону на расстоянии 1-2 метров от устройства, как на экране осциллографа появляются помехи во много раз превышающие величину сигнала.

И как они выглядят? Какова вообще рабочая полоса приборчика?
Входные цепи усилителя (ноги фотодиодов) нужно укоротить до минимума.

Из какого материала сделана коробка?

Из алюминия, похоже. Пермаллой автору нужен.

[ArtDenis]

Семин, вроде как из дюраля. По крайней мере в магазине, в котором я её покупал, написано, что это сплав алюминия.
polyakovav, с фотодиода приходит импульс, растянутый ёмкостью фотодиода до нескольких микросекунд величиной менее одного наноампера (если верить результатам моделирования). Импульс имеет крутой подъём и более медленный спад. На выходе конечного каскада имею одиночные импульсы длительностью 10-20 мкс и величиной примерно от 0.1 до до 3-х вольт, что меня вполне устраивает, т.к. его можно без проблем регистрировать с МК.
Herz, так в итоге как понять, проходит помеха через корпус или всё-таки через провода?

Сообщение отредактировал ArtDenis - Sep 28 2014, 16:00

[polyakovav]

Семин, вроде как из дюраля. По крайней мере в магазине, в котором я её покупал, написано, что это сплав алюминия.
polyakovav, с фотодиода приходит импульс, растянутый ёмкостью фотодиода до нескольких микросекунд величиной менее одного наноампера (если верить результатам моделирования). Импульс имеет крутой подъём и более медленный спад. На выходе конечного каскада имею одиночные импульсы длительностью 10-20 мкс и величиной примерно от 0.1 до до 3-х вольт, что меня вполне устраивает, т.к. его можно без проблем регистрировать с МК.
Herz, так в итоге как понять, проходит помеха через корпус или всё-таки через провода?

1. Помехи проходят и через щели в корпусе, и через провода и через сам корпус в нижней части диапазона частот. Частотная фильтрация в данном случае недостаточно эффективна, потому что разъемы низкочастотные, и торчащие внутри корпуса центральные проводники отлично переизлучают внешние помехи.
2. Снижать помехи при наноамперах на входе нужно по всем направлениям: убрать батарейки с проводами внутрь корпуса (место там вроде есть), вывод наружу сделать через проходной конденсатор (у него более широкая полоса фильтрации). Самые эффективные экраны - двухслойные, из меди (алюминия) и магнитомягких материалов (железа, или как выше советовали - из пермаллоя).
3. Если отказываться от этого корпуса не хочется, попробуйте заклеить снаружи все щели скотчем из фольги. Клеить нужно с перекрытием не менее 1-2 сантиметров - это заметно снижает пролаз по щелям. Радикальный метод - внутри корпуса спаять еще один экран из жести.

Да, важно - клеить металлический скотч нужно не поверх черной изоленты, а прямо на металл корпуса. Иначе эффективность будет маленькая.

[ArtDenis]

Всем спасибо за ответы. Есть несколько уточняющих вопросов. Во первых, где можно достать пермаллой? И можно ли сделать переходной конденсатор из обычных конденсаторов?

PS: пробовал обёртывать щели между крышкой и корпусом фольгой. Уровень помех не изменился. Видимо, через щели почти ничего не проникает.

Сообщение отредактировал ArtDenis - Sep 29 2014, 10:05

[krux]

на рисунках 1-2 у вас припаян только центральный проводник, а корпус брошен просто так.
по принципу "это типа корпус или типа земля и типа где-нибудь соединится".
для аналогового (ВЧ) сигнала это в корне неверное подключение.

[ArtDenis]

Корпус у меня подсоединяется с землёй в районе гнезда для подключения осциллографа. В каком месте его правильно подключать?

[Tanya]

Всем спасибо за ответы. Есть несколько уточняющих вопросов. Во первых, где можно достать пермаллой?

Пермаллой Вам не поможет. Батарейки внутрь засунуть будет полезнее.
P.S. Уже сказали про батарейки. А зачем Вам смещение 50 вольт?

[ArtDenis]

Смещение 50 вольт нужно чтобы фотодиод имел как можно меньшую ёмкость.

[iosifk]

Пермаллой Вам не поможет. Батарейки внутрь засунуть будет полезнее.
P.S. Уже сказали про батарейки. А зачем Вам смещение 50 вольт?

И кроме батареек контур заземления и гальваническую развязку. Все что внутри - от батареек, а выход усилителя развязать по земле от приемника сигнала. И в коробке, внутри можно сделать еще плавающий экран...
Дальше можно навернуть цифровую обработку принимаемого импульса. Чтобы он "нечто" подходящее под шаблон принимал...

[Tanya]

Смещение 50 вольт нужно чтобы фотодиод имел как можно меньшую ёмкость.

Это понятно, а зачем Вам короткие импульсы? Ведь они редкие. (?)

[ArtDenis]

А по-другому никак? Хочется чтобы батарейки были снаружи.

Tanya, чем короче импульс, тем больше его амплитуда, соответственно тем больше отношение сигнал/шум. Ещё при уменьшении ёмкости, подключенной на вход трансимпедантного усилителя, уменьшается шум, возникающий из-за того, что на высоких частотах усилитель начинает работать как обычный, усиливая шум входного каскада.

Сообщение отредактировал ArtDenis - Sep 29 2014, 11:08

[Tanya]

А по-другому никак? Хочется чтобы батарейки были снаружи.

Tanya, чем короче импульс, тем больше его амплитуда, соответственно тем больше отношение сигнал/шум. Ещё при уменьшении ёмкости, подключенной на вход трансимпедантного усилителя, уменьшается шум, возникающий из-за того, что на высоких частотах усилитель начинает работать как обычный, усиливая шум входного каскада.

Тут не могу согласиться. В конечном итоге каждая вспышка порождает некоторый заряд, который протечет через резистор и конденсатор в обратной связи.
Если импульс размазать, то полоса частот будет меньше и шум тоже уменьшится. Мне так кажется.
А чем Вам батарейки снаружи нравятся? Очень красивые?