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:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
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:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

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

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.

Из какого материала сделана коробка?

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.

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


Из алюминия, похоже. Пермаллой автору нужен.

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.

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.

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.

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

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

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

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...

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

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?

Тут надо разделить магнитные помехи и электрические. От магнитных помех спасёт пермаллой, а от высокочастотных электрических обычно экранируют не сплошным металлом, а сеткой с круглыми отверстиями, как Вы наверно видели внутри сотовых телефонов. Если правильно помню из курса технической электродинамики, такие отверстия называются вырожденными волноводами, т.е. такие волноводы, которые физически не могут пропустить электромагнитные волны выше определённой частоты. На 100% правильность совета не претендую ввиду почти полностью забытых мной лекций по СВЧ, но я бы поэкспериментировал бы с дырчатыми экранами.

Очень легко. Засовываете мобильник в СВЧ-печку - там дверца как раз с таким экраном (печку не стоит включать) и звоните на него.

У нас для ловли квантов сцинтиллятора используют твердотельные фотоумножители http://sensl.com/

Меджикивис, а мне не придётся продать квартиру, чтобы купить такой фотоумножитель?
Tanya, так совет ДЕЙЛ-а правильный или нет? Давно как-то звонил на свой мобильник таким образом. Всё нормально проходит.


Просто если уменьшать напряжение смещения, то в моём случае увеличивается шум и уменьшается амплитуда сигнала. Моделирование это тоже подтверждает.


А то
На самом деле так мне проще макетировать.

PS: сейчас хочу сделать второй внутренний экран и доп. фильтры по питанию. Развожу круглую плату, которая будет стоять прямо над фотодиодами.

А емкость конденсатора в обратной связи не пробовали увеличить?

Это зависит от того, какова квартира
Фирма продает отдельные фэу MicroFC‐100XX‐SMT по 78 баксов штучка, а готовые демо-платки - в районе $300.

Tanya, пробовал. Уменьшается как шум, так и амплитуда сигнала примерно в равной степени.
Меджикивис, фотодиод размером 1 мм2 - для меня слишком мало. Мне таких как минимум 100 штук надо будет. Так что недёшево это получится

Почему только мм2? Есть и 6х6 мм. Есть еще решетки из фэу, напр 12х12 (это 144 шт) но это под 2 тыс. баксов удовольствие.
Зайдите уже на сайт производителя и посмотрите сами.

Сколько импульсов в секунду?

От нескольких до тысяч импульсов в секунду.

Полагаю, что Вам не нужно быстро-быстро что-то там измерять...
Поэтому, (из личного опыта) надо взять что-нибудь вроде IVC102 (есть варианты) и измерять время накопления определенного заряда.
У меня никаких особых помех не было даже без батарейного питания, хотя без экрана чувствовалось движение полиэтиленового пакетика на расстоянии... несколько метров.

Вообще надо считать каждый световой импульс. С IVC102 это возможно?

А какой заряд "каждого" импульса?

По грубым прикидкам начиная от 3000 электронов в идеальных условиях, когда весь свет попадает на фотодиод.

Это получается 1 фА для двух вспышек в секунду...
Ну не помню уж точно... какой там шум... при емкости 10 пФ это будет 100 микровольт в секунду. Где-то на грани... Там собственный ток после всех отмывок был около 30 фА, если мне не изменяет память... Скомпенсировать удавалось до... где-то сотен аттоампер.

У меня была похожая проблема, делал усилитель на низкие частоты 1-10000Гц, К=10. Нужно было доусилить сигнал с акустического датчика. Ну думаю: не вопрос! Взял люминиевый корпус 50х50х25мм, поставил 2 разъема, сунул в него платку, распаял на разъемы, проверил -все отлично работает. Отдал заказчику. Потом заказчик приносит и говорит "с них хуже чем без него". И показывает сигналы. Что это такое я так и не понял, но потом сам обнаружил, что он хорошо чувствует сигнал мобильника и радиостанции на 433МГц. Причем даже с закороченным входом. Все эксперименты с коробочкой убедили меня в том, что нужно ставить разъемы со встроенными фильтрами, т.к помеха хорошо пролезает даже через короткие провода которые идут от разъема на коробочке до платы -это порядка 1-2см (причем на концах проводов стоят Мюратовские RF-фильтры, а перед ними блокирующая (SMD!) керамика на землю).
Да, значительный эффект дало применение ОУ со встроенным RF фильтром -помеха снизилась примерно в 5-10 раз.
Дальше дело не пошло, т.к кроме моего усилителя там есть еще датчик, который еще лучше чувствует RF помехи

P.S Вариант который тут был предложен -вывести только один провуд через проходной конденсатор, по-моему, самый здравый.

Так таких устройств Вам сколько всего нужно?

Tanya, устройство нужно одно. Просто фотодиод, предложенный Меджикивис-ом настолько мелкий, что их потребуется минимум штук 100 только только для одного устройства :-)

Тогда покупаем бэушный модуль от Hamamatsu. Можно найти очень дешево.

Если бы я знал, где такой найти И дёшево - это в каких пределах?

http://www.ebay.com/itm/C111502-Lot-16-Ham...=item4d24cec5a1
http://www.ebay.com/itm/Hamamatsu-H7828-Ph...=item35dd2fa88a
http://www.ebay.com/itm/Hamamatsu-PMT-HC12...=item3a94a9fd11
http://www.ebay.com/itm/PMT-photomultiplie...=item2341aa00c6 - это уже со счетчиком внутри, но Вам не подойдет, наверное. Потребуется немного переделать.

1. Где соединяется с землей эта "круглая штука"?
2. Три разъема с правой стороны - это, очевидно, 50В, 5В и осциллограф. А что за разъем с противоположной стороны? Что к нему подключается?

Может у вас осциллограф ловит помехи ?
Выключите телефон)

Tanya, вакуумные фотоумножители не интересуют. Они громоздкие, делитель напряжения для них много потребляет и они очень чувствительный к магнитным помехам.
=AK=, 1. Эта круглая штука не подсоединяется с землёй. Думаете стоит её заземлить? 2. С противоположной стороны ещё одно гнездо BNC, в которое включена заглушка. Когда мне надо что-то померить в самой схеме, я припаиваю туда провод и втыкаю в осциллограф.
Iptash, нет, вроде не ловит.

А Вы их видели? Они маленькие, высоковольтное питание и усилитель уже внутри, в магнитном экране и помехи не ловят. У меня.

Несомненно. Изолировать от всей остальной земли и соединить к земле платы в той точке, куда подключены фотодиоды.


Очень вредный разъем. Он должен стоять с той же стороны, где все остальные разъемы. Там, где он стоит сейчас, в него ничего включать нельзя - появятся лишние шумы за счет земляной петли по корпусу.



Сотовый телефон излучает примерно 1 Вт на частоте порядка 1 ГГц или выше. Разговаривать по сотовому во время чувствительных измерений - безосновательный каприз. Но раз уж вам непременно хочется этот каприз исполнить, то хотя бы озаботьтесь ВЧ уплотнением всех щелей в корпусе. Например, приклепав изнутри по всему периметру пружинистую "гребенку" из (посеребреной) латуни, которая бы плотно прижалась к крышке в собранном состоянии.

И поставьте проходные конденсаторы на ввод питания. Обычные выводные конденсаторы на частотах порядка 1 ГГц и выше работают очень плохо, а уж тем более такие большие, как 0.1 мкФ - на этих частотах нужно ставить порядка сотни пик, и хотя бы SMD.

Может быть создать внутри корпуса на стороне разъемов отдельную секцию?
То есть внутренний экран, плотно закрывающий сторону разъемов, а провода от разъемов пропустить сквозь экран через отверстия?
По идее, СВЧ не должно проходить через отверстия диаметром менее 0.1 длины волны.
Проходные конденсаторы конечно лучше бы, но если их нет...

Малые отверстия - не проблема, поэтому "защищаться от разъемов" не имеет никакого смысла. Излучение проходит через щели, их длина вполне соответствует длинам волн мобильников.


Если их нет, то можно использовать SMD.

Просветы разъемов гораздо больше 0.1 лямбда.
Проложить мягкой оплеткой, стянутой с провода?

Какие такие "просветы" в BNC разъемах? Даже через "голое" BNC гнездо (т.е. без вставленного кабеля) ничего не пройдет.

Почему именно 0.1?

Топикстартер, не майтесь.... разным, спрячьте батарейки внутрь корпуса, как люди советуют. Иначе все труды будут напрасными.

Вот именно. Призываю еще раз обдумать мой совет. Неужели 50х50х25 мм большой размер?
Напомню еще, что ФЭУ усиливает в миллион раз и устраняет все проблемы с помехами и наводками.

Лет тридцать назад я тоже думал, что эпоха реле и всяческих ламп ушла в прошлое, а потому применять их, типа, "западлО". Молодой был, глупый...

В общем, всем спасибо за советы. Пока решил взять таймаут. Сейчас развёл и распаял новую плату (круглую под размер платы с фотодиодами и корпуса сцинтиллятора). Когда придут новые фотодиоды (в пятницу-субботу), соберу всё это вместе, оберну ещё в один внутренний экран + поставлю на входные bnc-разъёмы smd-конденсаторы 1нФ (за неимением проходных конденсаторов). Посмотрю что получится и буду думать что делать дальше и какие ещё из советов применять.
PS: Tanya, мне тут в соседнем форуме посоветовали твердотельные фотоумножители по той-же ссылке, что предлагал Меджикивис. Оказывается там есть не только размеры 1х1мм, но и 6х6мм. Вещь очень хорошая, но цена кусается. Буду думать и над этим вариантом.