В теме о применении ОРА380 я уже описывал свою задачу, вкратце напомню.
Необходимо измерить степень рассеяния света некоторой поверхностью. С этой целью освещаю её лазером видимого диапазона, с импульсной модуляцией частотой 6,4 кГц (для удобства усреднения).
Проблема в фоновой засветке, не позволяющей различить весьма слабый полезный сигнал. Попытки скомпенсировать фон мне пока не удались. Точнее, отстроиться от медленно меняющегося солнечного света несложно, гораздо неприятнее искусственное освещение, наводящее помеху в виде детектированной синусоиды. Учитывая слабопредсказуеые уровень, фазу и несимметричность, бороться с ней очень тяжело. В итоге не удаётся достаточно усилить полезный сигнал, имеющий уровни на 2-3 порядка ниже.
Прежде я решал похожую проблему при помощи УВХ. Видимо, придётся поступить так же. Вот как я вижу себе схемное решение:
Фототок усиливаю предварительным усилителем до максимально возможного значения. (поскольку фон может вызывать до 15 мка фототока, К~300 ком при 5В питании). В этом каскаде предполагаю использовать ОРА350 (кстати, скорее всего в обычном, не трансимпеданс-включении). Далее подаю усиленное напряжение на УВХ (ОРА615), который "запоминает" уровень сигнала в паузах между импульсами лазера. В состав указанной м/сх входит т.н. Transconductance Amplifier (OTA), но его характеристики меня огорчают. Попробую вместо него буфер на том же ОРА350 (благо, он стабилен при единичном усилении).
Слудующим планирую дифкаскад, например, на INA106. Пусть вычтет текущее напряжение (в момент включенного лазера) из сохранённого на УВХ. За ним - оконечный, чтобы усилить разность до нужных значений перед подачей на АЦП (AD7896). (Или объединить два последних в инструментальный усилитель?)
Поскольку в разностных значениях всегда будет присутствовать ошибка, связанная с изменением уровня фона (наводки) от момента Hold до момента сравнения, окончательно останется усреднить 128 замеров, что будут выполнены как раз за 20 мсек.
Прошу форумчан высказать замечания по структуре и методу, а также по элементной базе. (Может, в предусилителе применить более высоковольтный ОУ?) Схемку прикреплю чуть позднее. Хотя ничего нового я не придумал. Возможно, я просто сузил кругозор, сосредоточившись на конкретном пути и не вижу других, более оригинальных или простых решений? Например, если учесть, что измеряемая величина (собственно степень рассеивания) меняется очень медленно, допустимо увеличить период измерений даже до нескольких секунд. Этим стоило бы как-то воспользоваться...

УВХ здесь не шибко годиться.
Наиболее правильным с точки зрения подавления шумов было бы использовать трансимпедансый усилитель с небольшим резистором, потом ключ, который бы подавал сигнал на интегратор при включенном лазере с коэффициентом +1, при выключенном - -1. Если скважность включено-выключено лазера близка к 1:1, то это позволит максимально задавить фон и существенно проще. 5в питания видимо не хватит т.к. Вы ходите иметь динамический диапазон порядка 120 Дб после диода.
Измерить 15 на с 12 разрядной точностью при засветке 15 мка невозможно из-за чисто физических ограничений на дробовые флуктуации тока. Поэтому, чтобы вытянуть нужные параметры Вам все равно придется бороться с засветкой.

Напомню пару проблем - например то, что у нас сеть далеко не 50Гц кварцованные - в результате при накоплении за 20мс будете иметь биения.
Второе - фототок только трансимпедансом преобразовывать, иначе фигня будет.
Еще хорошо-бы повысить частоту модуляции - это лучше подавит помеху от засветки.

Позвольте все же сказать несколько общих слов...

У Вас два мешающих фактора - постоянная фоновая засветка (в основном мешает тем, что создает дробовой шум на переходе фотодиода) и помехи от искуственного освещения (частотный спектр ламп дневного освещения простирается до мегагерцев).

Мне известны два основных способа борьбы с шумами. Второй используется в сверхширокополосных системах и сводится к выделению только той временной области, где сосредоточен импульсный сигнал. Но это довольно продвинутая и новая технология. Проще обратиться к доброму старому варианту - ограничение полосы пропускания устройства. При Вашем медленно меняющемся сигнале ее можно сузить до долей Гц и получить все, что нужно. Несущую лучше выбрать порядка десятков килогерц, чтобы избежать розовых шумов.

Завтра подкину обстоятельную книжку по предусилителям.

Да, будут, но с этим уже что поделаешь...
Почему только трансимпедансом? Мне пока не очевидно.
Частоту модуляции существенно повыситьне могу - АЦП не успеет. Нужно будет сигнал восстанавливать. Не применять же для таких скоростей быстродействующие.

Так если вы после входного каскада что-то начали с сигналом делать, то АЦП уже нужно на герцы - надо после получения сигнала его фильтром усреднить и измерять низкоскоростным АЦП.

Трансимдеданс у Вас все равно присутствует так или иначе - просто вместо операционника будет резистор. При этом шум резистора пойдет в сигнал, и возникнет нелинейность, связанная с изменением напряжения на диоде, которая обгадит Ваш и так небольшой полезный сигнал.

С интегратором хорошая мысль, надо обмозговать. Но, ИМХО, способ применим только при точном меандре. Иначе интегратор неизбежно "уползёт" в одну сторону даже при нулевом сигнале.
По поводу дробового шума и динамического диапазона действительно, неплохо бы оценить теоретический предел, не укажете ли методику?
Уж хотя бы 10 достоверных разрядов вытянуть...

Применить интегрирующий АЦП?
Я прежде сравнивал два способа включения фотодиода (как в DS на FDS100 и "классический" с нулевым смещением), оказалось при том же усилении быстродействие в схеме "с резистором" выше, и это понятно. При том, что основное усиление я собирался получить именно в первом каскаде, фронты получал очень затянутые, до неприличия. Может, я не прав? Но если с целью минимизации шумов КУ предусилителя сделать невысоким, то дальнейшее усиление будет уже не только собственно сигнала, но и искажений тракта, разве нет?

Считаете колическтво электронов, прошедших через фотодиод за нужный период времени (например 1/6400 секунды). Разброс равен корню из этого числа. Соответственно, вычисляете ток дробового шума.
Для Ваших 15 мка будет порядка 120 па. Что дает сигнал/шум порядка 100, если идеально удастся подавить флуктуации засветки. Дальше копим - за 1 сек еще 80, тогда вроде вытяиваются Ваши 12 разрядов. Но это на чисто теоретическом пределе.
Естественно, интегратор надо с шунтирующим резистором, а еще лучше фильтр второго порядка на одном ОУ. Тогда небольшая неидеальность меандра приведет просто к постоянному смещению. Что не страшно.


Быстродействие с резистором меньше - при использовании ОУ не влияет емкость фотодиода. Шумы в трансимпедансе тем меньше, чем больше усиление (шумы на выходе - это в точности шумы резистора обратной связи, а сигнал с диода у Вас может усиливаться в сотни раз). При применении резистора шум резистора усиливается вместе с шумом диода последующими каскадами.

АЦП лучше всего ставить дельта-сигма - за счет внутреннего фильтра вы получите почти идеальную фильтрацию вашего сигнала.

Нет, достаточно сделать равными времена работы ключа. Тут нужен коммутатор 3 - 1. 1 такт +1, второй -1, остальное время (до следующей вспышки) 0 - т.е вход интегратора на 0.
А еще полезно встречно включить идентичный приемник, который бы видел только фон.
Пусть хоть процентов 80 фона убъет - и то +.

Еще вот подумалось - а почему бы Вам не уйти в длину волны порядка 1.5 мкм. Вы конечно раза в 4 потеряете в сигнале, но можно будет использовать слепой к обычному освещению InGaAs фотодиод, да еще и ИК фильтр поставить на входе. Порядка 3 по засветке выиграете.

Спасибо.

Пожалуй, не соглашусь. Для получения КУ, к примеру, 300 ком в трансимпедансном включении необходим именно такой резистор в цепи обратной связи. Этот же номинал использовать в формуле расчёта ширины полосы (согласно DS на фотодиод). Нагрузив же ФД на резистор 10 ком и используя неинвертирующий усилитель с К=30, получим полосу существенно шире. Что и подтверждается экспериментально. Другое дело, что широкая полоса, в общем-то не нужна, но импульс должен был успеть установиться перед оцифровкой.

А как же собственные шумы ОУ, приведенные ко входу? Ведь они усилятся если не в этом каскаде, то в последующих? Особенно беспокоит токовый шум. Учитывая высокое сопротивлением источника сигнала, может получится немаленькая величина. А в "нетрансимпедансном" включении номиналы резисторов (при том же усилении) ниже. Значит, и ёмкость фотодиода, кстати, должна влиять меньше?

Что-то с тремя состояниями интегратора не уяснил. Как эти такты соотнести с фазой импульсов света?
Насчёт идентичного компенсирующего ФД думал, не получается. Если направить его в другую сторону, его могут заслонить и разность засветок изменится непредсказуемо. Если в том же направлении - вообще смысла нет. Вот, может, применить RGB-сборку (хоть MCS3AO фирмы MAZeT, я с ними работал). Тогда G- и B- уровни можно использовать для компенсации. Тоже недешёвое решение... Кроме того, если бы у меня был зелёный лазер, тогда да...

По поводу шумов и быстродействия Вы не правы. Быстродействие определяется быстродействием операционника и паразитной емкостью резистора обратной связи. При простом резисторе - RC , где C - емкость фотодиода. При 300 Ком трансимпеданс может иметь полосу в несколько мегагерц, Такую полосу при 10 Ком можно получить примерно при 20 пф емкости диода.
Шумы операционика практически не входят в выходной сигнал - в первом приближении они не увеличиваются вообще, и скажем при 300 Ком резистор будет иметь 70 нв/гц1/2, посредственный операционник - 12 - 14 нв. Для Вашего включения 10 Ком и 30 кратное усиление 380 нв за счет резистора и 260 - 400 за счет операционника.
Если рассматривать более точную модель для 50 пф емкости диода и частоты 10 Кгц - шумы операционника увеличатся в 2 раза и составят 25 нв, что все равно мало влияет на результат - итоговый шум примерно 70 нв

можно попробовать также сделать второй оптический канал для только фоновой засветки а затем вычитать его из полезного сигнала.

Забыл отметить - я считал для случая наличия на фотодиоде отрицательного смещения. Если Вы его пользуете без смещения - вполне может эффективная емкость фотодиода вырасти во много раз, и посадить быстродействие. При однополярном питании можно посадить + операционника на смещение и тем самым создать отрицательное смещение на диоде.

Да, в самом деле, видимо этим и объяснялось снижение быстродействия при включении ФД в схему ТИ-усилителя без смещения. Ведь, по сути, отличие этого режима от "обычного", обратносмещённого - только в поддержании нулевого смещения. Для линейности это - хорошо, но не для быстродествия. Всё остальное - аналогично: ток ФД определяется освещённостью, выходное напряжение - сопротивлением резистора, через который он течёт. То есть, для ФД, как источника тока, именно он является "нагрузкой", определяющим постоянную времени. Тогда для расчёта быстродействия должна быть применима формула из DS, разве нет?

Как раз в режиме без смещения нелинейность гораздо больше. Поле в переходе сопоставимо с полями, создаваемыми носителями заряда, и наблюдается куча чудес, связанных с этим. При подаче смещения в зоне перехода появляется приличное электрическое поле и носители переходят из режима диффузии в режим дрейфа.
При точном расчете быстродействия ТИ надо брать входное сопротивление, а оно равно сопротивлению обратной связи, деленному на коэффициент усиления ОУ на данной частоте. Для 10 Кгц это типично 1000, если GBW ОУ около 10 Мгц. Поэтому RC получается очень небольшим.

Немного не в тему, но может быть полезно.
Отражённый под углом от диэлектрических поверхностей свет сильно поляризован. При определённой пространственной ориентации источников засветки и лазера можно попробовать их разделить с помощью поляризатора, повёрнутого на нужный угол.


Вообще-то запирающее смещение подавать не обязательно, если на входе усилка реализован режим КЗ. Для усилителей с ООС режим проводимости (со смещением), однако, всё же является предпочтительным, так, как барьерная ёмкость перехода в нём меньше, и устойчивость системы датчик/усилитель лучше.
Ещё нужно учесть, что характер входного сопротивления даже на 10 кГц будет комплексным, поэтому, для уменьшения реактивной его составляющей, желательно брать ОУ пошустрее.

При использовании диода без смещения появляется куча эффектов второго поряка. В частоности в i слое pin диода может идти рекомбинация, емкость очень сильно модулируется. Опять же не бывает ОУ с точно нулевым входным. В точной схеме смещение обязательно.

Согласен. Для p-i-n диода это очевидно, для p-n - в меньшей степени. Но и при приложении запирающего напряжения могут быть отрицательные явления - например, дробовой шум тока утечки P-N перехода.

Я бы это назвал уже эффектом третьего порядка. Я пока не встречался с ситуацией, чтобы при удовлетворительном токе утечки не удовлетворял его дробовой шум. Оптические шумы в таких ситуациях много больше.

А какие эффектам можно было бы присвоить "второй порядок", при условии, что диод работает на КЗ?

А всяческим побочным эффектам при среднем и большом фототоке, например снижение чувствительности с ростом тока, ухудшения динамических характеристик и т.д. Причем они у каждого типа диода свои. Поскольку на малых токах и относительно низких частотах ими можно пренебречь, я бы отнес их ко второму порядку.

Да, в такой трактовке это понятно.
Иными словами, я бы назвал это эффектами, связанными с объёмным сопротивлением полупроводника. Которое несущественно при малых уровнях фототока.

Вы имеете в виду прямое смещение?
И что Вы называете "режимом КЗ"? В чём его отличие от режима проводимости в усилителе с ООС? Стал запутываться...

Фотодиод может работать в двух режимах: фотогенераторном и проводимости. В фотогенераторном режиме диод сам создаёт фототок и генерирует мощность, поглощаемую входом усилителя. Смещение в этом режиме на него не подаётся. В режиме проводимости ток через диод создаётся внешним источником запирающей переход полярности (обратное смещение), диод только модулирует его в соответствии с освещённостью.
Режим КЗ нужно относить к усилителю, состоит он в том, что его входное напряжение не зависит от входного тока.
В этом смысле, наилучшие, по моему мнению, результаты могут быть получены при комбинации режима проводимости диода и КЗ на входе усилителя.
Включение ФД в фотогенераторном режиме несколько проще схемотехнически, поэтому им также часто пользуются.

А не хотите попробовать подстраивать эту частоту по фазе к частоте сети 50 Гц? Я таким образом давил мерцания от люминесцентных ламп, когда делал телевизионную камеру.

То есть, имеется в виду трансимпедансное включение со смещением, как предлагал DS_?


Но если усреднение производить за 20 мсек, то вроде бы нет смысла подстраивать фазу.

Смысл есть. Если у вас случится 49 Гц, то за 20мс получите +-1/50 уровня засветки.
Помоему, проще частоту повысить.

Поясняю... Имеется в виду, что во время импульса коммутатор подключает на вход интегратора сигнал с датчика , потом такое же точно время инвертированный сигнал (так вычитается фон). В третьей фазе на вход подается ноль пока лазер не вспыхнет - первая фаза.
По поводу компенсирующего датчика. Не зная Вашей геометрии и географии, трудно сказать, куда его направить. Может на небо? Такой подход имеет смысл, если компенсацию вводить до усилителя, чтобы снизить требования к его линейности.

Надо понимать, первая фаза - со включенным лазером, вторая (в точности той же длительности) - с выключенным, и оставшееся время (лазер выключен) - третья фаза. Наверное, имеет смысл, если импульсы света короче пауз. При меандре третья фаза не нужна, верно?

Итак, по рекомендациям участников обсуждения:
Начну с модулятора. Поскольку каждый импульс обмерять не надо, МК от функции модуляции освободить, генератор применить внешний, заодно меандр обеспечить проще. Частоту модуляции повысить килогерц до 15-ти - 20-ти, но оставить кратной 50 Гц. Синхроимпульсы с генератора через фазовращатель - на ключ интегратора.
Приёмник. Трансимпедансное включение ФД со смещением (подачей на неинв. вход ОУ). ОРА350 не подойдёт, подобрать высоковольтнее. За ним ключ и интегратор. Тут непонятно. Вместо интегратора фильтр? Или после?
И, наконец, сигма-дельта АЦП. (какой? нужно ли привязывать частоту сэмплирования к частоте модуляции?) Кроме того, интегратор, фильтр - уже входят в сигма-дельта, ими бы воспользоваться...

Выслушайте IMHO

Вам потребуются:
1) Оптика с хорошим полосовым оптическим фильтром с полосой около 50 нм (лучше интерференционным, но дороже). Впрочем, это можно отложить до готовности электроники.
2) В качестве излучающего элемента следует взять светодиод, а не лазер т. к. он имеет очень линейную зависимость ток-излучение, причем практически от ноля.
3) Фотодиод с обратным смещением + резонансный предусилитель на несущую частоту с очень узкой полосой (порядка 1 Гц) и пиковый детектор после него. В качестве резонансного элемента я бы попробовал применить часовой кварц. Входной каскад лучше сделать на малошумящем полевом транзисторе с pn-переходом.
4) Сигнал с выхода пикового детектора (его постоянная времени, как уже говорилось, порядка 1 с) стабилизировать путем регулировки излучаемой мощности светодиода. Таким образом выходным сигналом будет амплитуда тока в светодиоде.

Думаю получится очень большой динамический диапазон. Постоянная составляющая засветки восприниматься не будет вообще. Основной вклад в шумы будет вносить дробовой шум детектора, но мы так сильно сузили полосу пропускания устройства, что это будет очень маленькая величина, несколько больше sqrt(2*q*I), где I - ток засветки, q - заряд электрона.

P.S.
По поводу книжки - переносится на завтра. Под рукой только английские, но где-то есть и русская, ищу.

Спасибо. По этому поводу:

С таким?

Есть подозрение, что спектр светодиода тоже зависит от тока и в требуемом диапазоне пик может сместиться более, чем на 50 нм.

Интересная мысль. Может, в книжке будут примеры, хотелось бы взглянуть, как это решается схемотехнически. И почему пиковый детектор, а не интегратор?

Фильтр неплохой, но "тарапица не нада" Когда электроника заработает станет ясно насколько нужно упираться в этом направлении.

Спектр светодиода слабо зависит от тока, даже очень слабо. Он ведь работает на эффекте спонтанного излучения. Эта зависимость скорее связана с повышением температуры кристалла. Насколько помню, характерное смещение максимума излучения в рабочем диапазоне температур порядка 20 нм. Но лучше смотреть даташник. Есть вариант как учесть смещение спектра, несмотря даже на присутствие светофильтра и неравномерности характеристики фотодиода - мониторный фотодиод.

В книжке есть много примеров, но именно такого, пожалуй, нет. Придется немного дофантазировать. А теория изложена очень хорошо.

Про интегратор я не понял. Несущая частота 16384 Гц, постоянная составляющая отсекается разделительным конденсатором. Модулируя амплитуду тока в светодиоде удерживаем постоянной амплитуду сигнала после фотоприемника - эдакий "трансимпедансный антиМДМ усилитель" (шутка )

Да, верно. Только нужно бы предполагаемую схему выложить, дабы был повод... поправить.
Я бы порекомендовал Вам ещё ознакомиться с устройством усилителей фототока для... пультов ДУ. Надо сказать, они неплохо отстраиваются от помех. Правда, у Вас требования пожёстче, но некоторые принципы можно взять на вооружение.

Боюсь, 1 Гц получить нереально. Даже с с кварцем и умножителем его добротности - такая схема будет очень неустойчивой, а уж звон на резкие перепады освещённости давать - ой-ой. Кроме того, часовые кварцы сильно плывут с температурой, в приёмнике потребуется АПЧ, что приведёт к усложнению системы.

Мне кажется, что способ, предложенный Вами, имеет несомненные достоинства, но нуждается в некоторой доработке.

Во-первых, смущает применение пикового детектора, из-за его плохой помехоустойчивости. Удовлетворительный результат можно получить только при очень узкой полосе приёма, что, как я уже и писал, сделать весьма затруднительно.
Во-вторых, вместо фильтра на часовом кварце я бы изготовил гетеродин на нём же, дающий квадратурные составляющие (можно даже на цифровых микросхемах). Далее - комплексный перемножитель, простейшие фильтры НЧ и дешевый двухканальный медленный сигма-дельта АЦП. Всю остальную обработку вести в цифре, с помощью недорогого МК. Об оптимальных методах обработки уместно поговорить позже. Можно обойтись и без перемножителя и гетеродина, тактируя АЦП удвоенной частотой модуляции, но это может быть неудобно.
В-третьих, вряд ли возможно обеспечить постоянный уровень сигнала фотодетектора при малой отражающей способности объекта. Сам принцип, конечно, неплох, но следует доработать его для этого случая (измерений при неизменном предельно допустимом токе через СД). Тоже лучше делать в цифрЕ.

Если фильтр делать как комбинацию активного и второго на переключаюших кондерах (допустим штук 8 на частоту 30 кГц) используя один и тот же кварц (30 * 8) как задаюший генератор для фильтра и модуляционный для светодиода - проблем с нестабильностью частоты вроде бы не должно быть
при узкой полосе задаваемой переключаюшимся фильтрoм.

Фильтр вместо интегратора. Постоянная времени не менее 10 полных периодов измерения АЦП. Это надо, чтобы в принципе избежать неприятностей с переносами спектра шума. Фильтр в АЦП докончит дело. На входе дельта-сигма сигнал не должен меняться за время между его внутренними сэмплами более чем на один квант, поэтому фильтр на входе нужен.

С часовым кварцем не стоит здесь экспериментировать - я думаю, что устройство выйдет слишком сложным, а сигнал/шум он не добавит т.к. все равно его придется ставить после фотодиода.
А вот просто подрезать полосу перед "знакоменятелем", например гираторным фильтром можно, но не очень узкополосным, чтобы фаза не вертелась от температуры и прочих дрейфов.

При 6000 Гц бессмысленно синхронизировать с сетью - это не телевизор с 50 герцовой разверткой, где биения могут быть огромными. Частоту выше 20 - 30 Кгц не задирайте - проблемы с быстродействием ТИ операционника начнуться.

Если будете работать от напряжения 10 В и больше - берите ad825, он хоть и старый но для данного дела, как показало множество экспериментов, подходит лучше всего.

У сведодиодов спектр может быть и постоянным, и плавать. Все зависит от технологии изготовления диода - их сейчас очень много. Сверхъяркие диоды уже имеют структуры, весьма похожие на лазерные. Но при прочих равных яркость лазера поболе будет.

Хорошо, что подключились к обсуждению этого варианта. Несомненно, замечания очень дельные и мне очень интересно Ваше мнение. Давайте тогда обсудим три варианта реализации и выясним какой более предпочтителен (а может появятся и другие):

1) Фильтрация в цифре, как Вы и предложили. Наверняка хорошо реализуется.
2) Уменьшение несущей частоты до разумного компромисcа с уровнем розового шума и реализация аналоговой фильтрации с полосой 1 Гц. Этот вариант требует проработки на предмет сложности реализации по сравнению с первым - это единственное потенциальное преимущество.
3) Превратить систему в генератор т. е. построить, например, кварцевый генератор с обратной связью через оптический канал и поддерживать его амплитуду постоянной регулируя излучаемую мощность и/или усиление приемника (кстати, можно в некоторых пределах и добротностю резонатора). Этот вариант родился вчера вечером.

Кстати, кто знает каковы свойства (добротность) низкочастотных кварцевых резонаторов? У меня валяется несколько штук на единицы кГц, советского периода, в небольших стеклянных колбах с гибкими выводами. Интересно.

Книжка в upload/DOCs - Микрофотоэлектроника.rar

Давайте, я тоже вмешаюсь.
1) Цифровую фильтрацию программно мне будет реализовать непросто - программист я посредственный, с алгоритмами цифровой фильтрации не работал, а привлечь в помощь пока некого.
И времени на изучение сейчас нет. Так что, разве только ЦФ, встроенные в АЦП, "железные".
2) Может, быть, не обязательна полоса 1 Гц? Действительно, мне сложно представить, как это реализовать. Вот это нельзя использовать?
3)Должен отметить, что фазовыя задержка тракта получается весьма большой. В прежних опытах получал значения более 1 мкс. Возможно, будет, даже больше. Допустимо ли это для построения кварцованного генератора?
Несмотра на красоту и оригинальность Вашей идеи (даже идей) со светодиодом, её проверку "в железе" пока оставлю "на потом". Это потребует времени и переделки уже готовых частей конструктива. (Да и очень трудно бороться с собственными стереотипами, поверьте. )
(Моя признательность Вам от этого ничуть не меньше).

Я не понял, где это. На всякий случай: доступа к FTP у меня нет. Она большая по объёму?

В ПДУ несколько другая специфика... Во-первых, ИК, к дневному свету они практически слепы; во-вторых, там задача распознать код, а не измерить амплитуду импульсов. Мне кажется, это существенное отличие. Но ознакомлюсь поближе обязательно.

Нельзя ли чуть развить эту мысль?
И, как Вы думаете, ADS1252 подойдёт? Или, может, ADS1210? Цена здесь не играет роли.

Возможно, я немного поторопился. Придётся забежать немного назад.
Передатчик, как уже и писали, лучше всего сделать с модуляцией яркости луча в диапазоне 10-30кГц (цифра очень приблизительная) током прямоугольной формы. Важно: излучающий диод должен иметь возможно большее отношение пикового рабочего тока к среднему.
Система приёма, близкая к оптимальной (то есть, дающая наилучшее отношение С/Ш из всех возможных), мне видится принципиально состоящей из четырёх последовательно включенных блоков:
1. Фотодетектор с оптическим фильтром на нужный частотный диапазон;
2. Линейный усилитель-преобразователь с хорошим динамическим диапазоном (можно селективный, или ФВЧ, только добротность не должна быть большой);
3. Синхронный детектор с простым ФНЧ на выходе. Если нет прямой возможности синхронизации приёмника и передатчика, тогда детектор придётся делать квадратурным, с удвоением "железа". И тот, и другой могут быть реализованы на аналоговых ключах, но об этом позже;
4. АЦП и система обработки сигнала и выдачи данных на МК. Обработка не будет сложной - почти всё необходимое реализовано в аналоге.
Стоит обратить внимание на предложение MosAic о петле регулировании мощности - оно позволит снизить требования к динамическому диапазону системы. Хотя, здесь также могут быть подводные камни.
Сейчас времени нет, прервусь.

Пока предварительные соображения:
- в качестве источника излучения пока всё-таки будет использоваться лазер, в ключевом режиме, т.е. со 100% модуляцией. Частоту модуляции предполагаю не выше 20 кГц, кратной 50 Гц и степени двойки. Кстати, есть ли смысл согласовывать её с тактовой частотой для АЦП?
- с усилителем фототока, кажется, всё понятно. Осталось лишь выбрать и заказать ОУ, видимо, это будет АD825, как советовал DS_. Оптический фильтр тоже постараюсь заказать.
- склоняюсь к применению ADS1210. ИМХО, более гибкий, хоть и не такой компактный, как ADS1252. (Это то, что есть в наличии. Если надо, закажу другие). Скорость сэмплирования - самая низкая.
Перед ним- полнодиференциальный ОУ для увеличения динамич. диапазона. Ещё не вибирал. Если прямо на нём ФНЧ не получится, то перед ним - отдельный ФНЧ второго порядка. Кстати, может, UAF42?
- синхронный детектор, он же - интегратор с коммутатором (по рекомендациям Tanya и DS_)
Тоже предстоит определить, на чём. К нему - обязательно регулируемый фазовращатель - сдвиг фазы придётся настроить, другого пути не вижу.
Кажется, всё. Схему ещё даже не успеваю набросать, пока не окончательно сформировалась концепция.

ADS1210 похоже подходит, хотя я с ней конкретно не работал. Перед ним ставьте ФНЧ второго порядка на ОУ с хорошими JFETами на входе с низми уровнем шума на чатстоте <10 Гц, резисторы больше 10 Ком в этом фильтре не ставьте. Других особых мер не надо. Этот же ФНЧ и будет интегратором. Подстройку фазы ключа можно сделать на таймере т.к. частота у вас стабильна. Это можно и на МК реализовать, и на CPLD.
Сделать фильтр с частотой среза 1 Гц и низкими шумами очень сложно, поэтому рекомендую 10 Гц и 100 Гц скорость работы АЦП. 100 Гц до 1 Гц усредните в МК фильтром первого порядка.

Смущает одно: где же будет происходить собственно усиление полезного сигнала? Можно, конечно, ПУ сделать усилителем переменного напряжения, отказавшись от ТИ-включения. Но даже в этом случае селективность будет недостаточной. ФНЧ-интегратор, выделяющий разностный сигнал, вряд ли стоит делать с коэфффициентом передачи выше 1, PGA АЦП, ИМХО, маловато. Напрашивается усилитель между интегратором и АЦП, Вы не находите? Низкочастотный, но прецизионный.

К вопросу о предусилителе. Тут необходимо тщательно обдумать проблему зашкаливания от постороннего света (или почти зашкаливания), что будет очень неприятно. Поэтому я так настойчиво и предлагаю компенсацию на входе ДО усилителей. Вы, к сожалению, (или это моя невнимательность?) не описали подробно, где излучатель, где приемник, какая расходимость луча, какая оптика, где все это стоит, и, наконец, что это вообще такое и зачем....
А это бы, возможно, помогло.
Ведь проблемы тут не только схемотехнические.

я все ждал, будет ли задан вопрос об " импульсной модуляции светового потока от лазера" ....
что это за модуляция и какие ее параметры отражены в характеристиках излучаемого светового потока ?
ИМХО - плясать надо от этой печки (весьма интересны также и другие характеристики и условия вашего эксперимента, вопрос о которых задан автором предыдущего поста)

Ключуйте резисторы в обратной связи трансимпеданса в зависимости от замеров на его выходе

Поверьте, я не напускаю туману специально сверх необходимого.
Просто это не моя прихоть...
Конечно, я отдаю себе отчёт в том, что проблемы тут не только схемотехнические и с влиянием внешней засветки стараюсь бороться, по мере возможности, и конструктивно. Более того, с этого начиналась разработка. Обсуждать здесь оптику не вижу большого смысла, тем более, что это - не совсем мой профиль и изменить что-то кардинально в оптической системе мне не по силам. По крайней мере, пока.
Само собой, мысль о компенсации - первое, что пришло в голову. Мне кажется, я посвятил ей достаточно много сил и времени. Вот кое-какие выводы. Компенсация ДО усилителей - вообще, ИМХО, нереальна. Нельзя же подавить свет "противосветом". Если бы речь шла только о постоянной засветке (солнечной), можно было бы скомпенсировать фототок, ею вызванный, ДО усилителя. Даже автоподстройку в этом случае сделать элементарно. Но наводка от ламп - серьёзная проблема. Это даже не синус, чтобы выделить его и подать в противофазе компенсирующий. Кроме того, если даже предварительная компенсация пройдёт успешно, нет гарантии, что в процессе измерений не будет включено постороннее освещение (скажем, люминисцентная лампа, включенная ещё и на другую фазу сети).
Ещё деталь: оптика включает в себя объектив, в фокусной плоскости которого находится ФД. (Поэтому применение второго, "компенсационного" фотосенсора затруднительно. Даже будучи поставлен рядом, вряд ли он даст какую-то пользу. Вынести же его за пределы объектива и направить в сторону - мало толку, слишком "неравные" условия).
Поэтому разумными действиями кажутся лишь применение полосового оптического фильтра на требуюмую длину волны (лазеры, к счастью, узкополосны) и применение вместо обычного ФД в качестве сенсора RGB-сборки, где два других канала использовались бы для дифференциации.

Модуляция просто примитивная - включено/выключено. Модулировать излучаемую лазером мощность возможно лишь скважностью, т.е ШИМом, например. Но контролировать её всё равно приходится, КПД лазера - величина весьма непостоянная.

может я где-то не врубаюсь, но почему бы вам не попробовать применить (а там, где облучателем лазер - так это первое, что само просится) поляризационные фильтры ?
согласованное их применение в облучателе и приемнике на порядки уменьшит влияние фоновой засветки...
второй путь - поскольку сигнал просто 100% амплитудно модулированный (а я уж было засомневался, может вы действительно что-то новое, доселе неизвестное широкому кругу применили ) - поставьте полосовой фильтр на эту частоту и обрабатывайте пропорциональный интенсивности отраженного спектра сигнал только в этой полосе (для обработки сигнала можно и синхронное детектирование применить) ...
и третье - вы уже сами отметили - полосовой оптический фильтр на нужную длину волны ...

но, все-таки, первое и третье даст самый большой эффект в улучшении шумовых характеристик вашей системы