Здравствуйте.

С выхода зарядо-чувствительного усилителя требуется c развязкой в 3000 кВ передать 5 аналоговых сигналов со следующими параметрами:
время нарастания 15 нс;
время спада 100 нс;
длительность 250 нс;
частота 100 кГц;
амплитуда 1 В (может быть и больше в случае применения доп. усилителя).
В дальнейшем сигналы проходят ряд аналоговых трактов (ФНЧ, ФВ, ЛЗ, VGA, интегратор), а затем поступают на 12...14-битный АЦП.

Диапазон температур в устройстве, где будет производится работа, -65...+85 С.

Основные варианты, рассмотренные мною (поиск комплектующих выполнялся на Globalspec, Digikey и Google).

1. Трансформаторная развязка. Подходящего варианта найдено не было. Все высокочастотные трансформаторы не обеспечивают достаточной изоляции (лишь до 2000 кВ), все трансформаторы с прочной изоляцией не обеспечивают достаточные времена.
Более того, трансформаторы относительно громоздки и их параметры зависят от температуры.

2. Конденсаторная развязка.
Недостатки:
- сложность подбора необходимого номинала, не искажающего сигнал и обеспечивающего невозможность высоковольтного выброса при переходных процессах;
- передача пульсаций.

3. Подвешивание всей аналоговой части под высокий потенциал с развязкой цифровых сигналов с АЦП.
Недостатки:
- необходимость применять большое число оптронов для передачи управляющих сигналов на аналоговую часть;
- усложнение коммутации и заземления.

4. Использование линейного оптрона. Наиболее оптимальный вариант - это IL300 фирмы Vishay. Но этот оптрон недостаточно быстродействующий.

5. Развязка по оптоволокну.
Собственно вопрос. Существуют ли оптоволоконные системы для передачи аналоговых сигналов с хорошей линейностью и малой температурной зависимостью?
Или существует иной способ решения описанной задачи?

Большое спасибо. Всего хорошего.

3 000 000 В - это не ошибка ? Могу предложить еще способ - передача по радиоканалу, например, на частоте 5-10 ГГц. Причем передавать можно как аналоговый сигнал (структура МДМ - модулятор-демодулятор, для которой вполне можно добится линейности 0,1% и выше, так раньше делали некоторые разновидности усилителей), так и цифровой, но этот вариант мне видется более перспективным на оптоволокне.

5. Развязка по оптоволокну.
Собственно вопрос. Существуют ли оптоволоконные системы для передачи аналоговых сигналов с хорошей линейностью и малой температурной зависимостью?
Или существует иной способ решения описанной задачи?

Большое спасибо. Всего хорошего.
[/quote]
Само оптоволокно в первом приближении линейно ИМХО..

однозначно сначала цифровать а потом развязывать - оптикой, радио и т.д.
делал радарную плату - поставил два Cyclone II и между ними скоростной линк последовательный на 3 Гбит/с. развязка трансформаторами. но мне не надо было 3 мегавольта
а у Вас не 3 киловольта? не опечатка? хотя всякое может быть - задача напоминает рентгено-флуоресцентный анализ с газовым пропорциональным счетчиком - но это если про 3 мегавольта опечатка ;-)
так бы поставил бы приличный ацп, обработку перенес бы в ПЛИС по максимуму и прицепил трансивер для оптоволокна

Прошу прощения. Действительно, напряжение 3 кВ.
Дело в том, что помимо сигналов от АЦП к вычислителю требуется передача стробовых и прочих управляющих сигналов обратно на АЦП и прочую аналоговыую часть. При развязке аналоговой и цифровой части потребуется существенное число оптронов. Решение получается громоздкое и нелепое.
По поводу оптоволокна. Пусть само "волокно" и линейно, но вот как быть с линейностью излучающего диода и приёмника...

В том-то и дело, что передавать ВЧ аналоговые сигналы по волокну с достаточной линейностью как раз и получится громоздко и нелепо... Подумайте ещё раз о переходе к цифровой фоме. Передать код вперёд-назад, уплотнить, если необходимо, декодировать и прочие процедуры намного проще решаются... ИМХО, стробы и прочие управляющие сигналы - пустяки по сравнению со сложностью передачи амплитуды и формы Ваших аналоговых сигналов в диапазоне температур...

Так внесите цифру под высокий потециал, а через оптоволокно сделайте ввод/вывод, это ИМХО самый оптимальный вариант.

Ну или разобраться, зачем вешать анод на 3 Кв. Правильно спроектированные схемы повсеместно имеют анод на земле. Я, конечно, понимаю, что нашим мировой опыт не указ, но может можно иногда подумать ...

До кучи.
Если уж тракты содержат ФНЧ, логично их установить также и на стороне датчика, чтобы сузить полосу сигнала до интересующего диапазона для уменьшения нелинейностей и ошибок при передаче. При этом сам способ передачи не имеет значения.
Перед АЦП ФНЧ нужны также в любом случае.
А какая полоса сигнала Вас интересует?

ЗЫ. Цифровые оптроны бывают и счетверённые. А скорость передачи в лучших достигает 50 Мбит/с.
Вот здесь посмотрите.
И здесь, а ещё тут. Правда, это не совсем оптроны.

Уважаемый DS, Вы зря усмехаетесь над "нашими".
Дело в том, что подвешивание коллекторов (анодов) под высокий потенциал вызвано необходимостью соединения фотокатода с землёй.
Мировой опыт, как Вы выражаетесь, как раз говорит о том, что системы, спроектированные с позитивной системой питания ФЭУ, получаются существенно менее шумящие, и, что самое главное, гораздо более надёжные.
Нахождение фотокатода под высоким потенциалом приводит к его чувствительности к разного рода полям (следствием чего являются шумы) и сокращает время жизни. Есть и другие недостатки работы фотокатода в этом режиме, обсуждать их, думаю, не стоит - это дело физиков.
Работа с разного рода ФЭУ идёт второй десяток лет, и принятое решение о переводе на позитивное питание - обосновано и аргументировано.
Stanislav, благодарю за ссылки. С оптикой AVAGO знакомы. Если всё-таки развязка будет происходить по цифре, скорей всего применим их оптроны. Ну а полоса пропукания... десятки мегагерц (фронты - десятки наносекунд), в жизни получается меньше.
На данный момент с использованием развязывающего трансформатора от Bourns SMLP удалось передать некоторый растянутый сигнал с урезанной амплитудой. Его включение, с конденсатором и резистором, напоминает фильтр Баттерворта, который превращает импульс в колокообразный. В связи со своей "низкочастотностью" он в три раза режет амплитуду и фронты... а ведь ещё нужна и стабильность во всём диапазоне температур...

Выкладки по шумам и надежности приведите, пожалуйста. Очень интересно взглянуть на повышение надежности путем подвешивания точных схем на 3 Кв. Ну и с шумами тоже.
И ссылочку на мировой опыт.

Вообще говоря, сделать малогабаритный импульсный тр-р под Ваши требования- никакая не проблема. На 3 кВ среднеквадратичного я сам делал, и даже не на 100 кГц, а на 15. Получается сердечник КВ6. Провод- с двойной изоляцией, типа ПВТЛК. Между обмотками- несколько слоев ленты.

Сделайте печатный трансформатор. Да и готовый найти можно.
http://www.vacuumschmelze.de/dynamic/en/ho...slradslvdsl.php

Уважаемый DS, Вы абсолютно правы: подвешивание аналоговой части под 3 кВ - серьёзный недостаток обсуждаемого варианта, именно поэтому считаю необходимым осуществить развязку как можно раньше, т. е. на этапе ЗЧУ - аналоговая часть или даже анод - ЗЧУ.
Прикрепляю небольшой pdf, где наиболее кратко изложены основные аспекты позитивного включения ФЭУ. Остальные публикации и издания слишком громоздки, да и мы ушли в сторону от основного вопроса...

Простите, не понял, какие конденсатор и резистор имеются в виду?
У SMLP полоса пропускания - аж 4 кГц, пусть и по уровню 0,25 дБ. Как в такой полосе десятинаносекундные фронты передавать собираетесь?

Значительного расширения полосы пропускания, а также уменьшения зависимости выходного напряжения от температуры и старения, можно достичь, сделав трансформатор токовым, т.е, обеспечив хорошее сцепление магнитных потоков обмоток, и применив на выходе КЗ.

Если интересно, можно обсудить подробнее...

Не возражаю, просто обычно этого и не нужно бывает- все равно при заданных временах приходится согласовываться с линией, а это порядка десятков- сотен Ом и трансформатор можно сделать малогабаритным, и даже на низкочастотном феррите с высокой мю. Поэтому потокосцепление обычно бывает достаточным. Другое дело, если бы автору понадобилось киловольт 10 электропрочности. Тут уже пахнет П- образным сердечником с разделенными обмотками. Или сложным трансформатором со связью через К/З виток.

На мой взгляд целесообразно использовать АЦП последовательным выходом,
его можно отправить по стеклянной оптике. Всё управление, если таковое требуется, сделать на контроллере ,который находится на высоком, его тоже можно развязать оптикой.

Если схема импульсная (счет фотонов или сцинтиллятор) то ставили один каскад усиления прямо после фэу ( СВЧ усилок на MAR3). Питание развязывали DC/DC на 4.5 кВ. А трансформатор делали из полужесткого коаксиального кабеля- петля из кабеля в бинокулярном сердечнике один полувиток. Полоса получалась более гигагерца, а кабель между центральной жилой и оплеткой-трубкой держит 5кВ. Оплетка служила низковольтной обмоткой, цетральная жила- высоковольтной.

В конце концов 3 киловолта не так уж много
можно спокойно передать сигнал через разделительный высоковольтный конденсатор высокого качества
например несколько кусков коаксиального кабеля соединенные паралелно(чтобы при заданной емкости длина каждого была значительно меньше длины импульса в кабеле) оплетка служит одной обкладкой центральный проводник - другой.
только со стороны приема должно быт предусмотрено ограничение переходного импульса при включении высокого напряжения.

Если речь идет именно о ФЭУ то даже при позитивном питании спокойно можно нагрузочный резистор подключить с о стороны минуса источника(так чтобы не только ток катода но и ток всех динодов прошел через него ) и комфортно снять сигнал относительно земли.