Здравствуйте.

Прошу помочь знающих людей.

Требуется определение угловых координат и сигнатуры источника излучения со следующими параметрами:
• длительность импульса излучения: 5 ... 100 нс;
• частота повторения импульсов излучения: 0 ... 70 кГц.

Сигнал может быть единичный сложной формы, либо периодический также сложной формы.

Во вложении общий набросок одного электронного узла.

Требуется оцифровывать сигнал с фотодиодов, то есть по сути дела -- реализовать входной тракт быстрого осциллографа.

В качестве АЦП был выбран ADC08B3000 из-за наличия буфера для данных.
http://www.national.com/pf/DC/ADC08B3000.html#Overview

Проблема в том, что в связи с большим динамическим диапазоном сигнал перед АЦП должен быть логарифмирован.

Логарифматор должен быть в состоянии обрабатывать наносекундные сигналы, то есть обладать временем нарастания в несколько кВ/мкс.
Все найденные True Logarithmic Amplifier, например AD8305 или log101, не отвечают этому требованию.

Существуют Log Amps/Detectors, например AD8310, но я не могу понять, работают ли они с единичными сигналами (в pdf диапазон указан от DC).

Подскажите, пожалуйста:
1. Пригодны ли РЧ логарифмические усилители (AD8310, AD8307) для работы с единичными сигналами? Можно ли их использовать как обычные AD8305?
2. Является ли АЦП ADC08B3000 современным решением для данной задачи. Какие АЦП применяются в современных быстрых осциллографах с частотой выборки в несколько ГГц?

Спасибо.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Продайте мне, пожалуйста, коробочку фотодиодов на 12 мкм, ну очень надо. Деньгами не обижу .

Наши военные, что, уже в кулинарном техникуме подыскивают исполнителей для разработки оптических систем ?

Автор темы собирается регистрировать в среднем ИК энергии единичных импульсов порядка 1е-12 Дж при нс длительностях и поди еще в температурном диапазоне -60 - +125 . На нобеля идет.

DS, к сожалению, не могу исполнить Вашу просьбу.
Лишь могу дать ссылку для примера: http://www.vigo.com.pl/index.php/en/englis...ersed_detectors

А про кулинарный техникум я что-то не понял...

Ну вот посветите туда 3•10^-2 Вт/см на 10 нс на 12 мкм и поймете. Кстати, откуда собираетесь получать 12 мкм 5 - 100 нс лазерное излучение ?

Детекторы, которые используют для таких энергий, имеют чувствительность порядка Килоампер/Вт, а Вы собираетесь ставить 0.05 А/Вт. Вот Вам и кулинарный техникум.

DS, ссылку на эти фотодиоды я Вам дал для примера, т. к. Вы просили 12 мкм.

Для описанной задачи применяются заказные изделия (модули).

Происхождение излучения в данном случае к делу не относится.

Уважаемые участники форума, есть ли у кого-нибудь предложения по созданной теме?

Спасибо.

А кстати, для чего нужен 3ГГц АЦП при минимальной длительности импульса в 5 нс?

shkal, АЦП нужен для оцифровки формы сигнала. Согласен, что при 3 ГГц оцифровка будет грубой, но это лучшее, что я пока смог найти. Кроме того, рассматриваю вариант внедрения схемы растяжения импульсов.

Да вообще-то в схемах детектирования лазерных импульсов испокон веку используются АЦП, работающие на макс. частоте повторения. ГГц АЦП применяют выпускники упомянутого выше техникума. Также только выпускники этого техникума считают, что для детектирования ИК без криогеники применяют фотодиоды, а также, что есть полупроводниковые детекторы, перекрывающие спектральный диапазон 0.5 мкм - 12 мкм.

Уважаемый DS, предлагаю закрыть тему образовательных учереждений. Частота выборки АЦП вытекает из требований к системе. Для нужного диапазона используется набор детекторов разных типов. На данный момент идёт обсуждение конкретного вопроса схемотехники (лог. усилители) безотносительно назначения системы.

Просьба знающих людей подсказать по первому вопросу темы.

А перед тем, как огород городить, почитать литературу как измеряют энергию лазерных импульсов последние 40 лет слабо ? 5 порядков, которые были заявлены, детектируются без логарифмических усилителей. Нельзя сказать, что без проблем, но уж точно без 3 ГГц безумия с логарифмическими усилителями.

DS, в данной теме требуется не измерить энергию импульса, а получить форму этого импульса. Применительно к пост-обработке данных, сигнал на входе АЦП должен быть логарифмирован.

Ещё раз напоминаю, что ведётся поиск решения реализации быстродействующего логарифматора.

Ну так сразу и пишите, что нужен не прибор, а освоить госфинансирование. А то народ будет зазря голову напрягать. Измерение формы импульса это, конечно, да ...

DS, Вам как модератору должно быть известно, что подобные высказывания являются флудом.

Тема содержит вполне конкретный вопрос.

Исходный вопрос был про детектирование лазерного излучения. Вы потом посты подтерли. В рамках изобретения Вами велосипедов с шестью колесами я пишу по теме. Ваши задачи очень давно решаются не только для лазерного излучения, но и для детектирования излучения сцинцилляторов в ядерной физике и рентгеновской диагностике, где импульсы вообще могут не иметь частоты повторения, а приходить в случайное время. Ни в одной из методик не используются ГГц АЦП.
Сигнатура нс импульсов после прохода через атмосферу и детектор это тоже пять. Длительность, кстати, тоже можно измерить без использования ГГц.

P.S. Если бы внимательно читали, что я Вам писал, не исключено, что я помог бы Вам с выбором детектора и методики для решения данной задачи, т.к. у меня есть доступ к перестраиваемому источнику лазерного излучения в указанном Вами диапазоне мощностей и длин волн, и набор наиболее чувствительных на сегодняшний день ИК, видимых и УФ детекоров. Кроме того, я почти всех серьезных разработчиков КРТ детекторов в нашей стране знаю лично, или хорошо знаком с их работой. Так что разрабатываемый "специальный модуль" с указанными параметрами вызывает сомнения. Но поскольку вам надо шашечки, а не ехать, то и флаг в руки.

.. а что можно по этим вопросам почитать? ..мне про регистрацию наносекундных фотоимпульсов (для общего развития).

И ещё такой ламерский вопрос - т.е. я так понял даже при всём желании на ик фотодиодах т.с. тепловизор не построить если бы такое желание возникло? Прошу прощения за оффтопик .
(..знаю что ИК излучение тела человека это примерно 11 мкм , у т.с. по ссылке вроде такие оптодиоды есть.)

Смотрите литературу по ядерной электронике, обработка сигналов с ФЭУ, всякие leading edge detectors, QDC и т.п. В ядерном детекторе может быть от 100 до 10000 оптических каналов. Если бы там ставили ГГц АЦП, ЦЕРН давно разорился бы.

Фотодиоды на 11 мкм делаются на узкозонном полупроводнике, его рабочая температура не более 80 К. При более высоких температурах валентные электроны практически все выходят в зону проводимости и полупроводник вырождается. Ну это как использовать кремниевый фотодиод при 1000 С.
У указанных по ссылке фотовольтаических детекторов (а не фотодиодов) чувствительность всего 0.01 - 0.05 А/Вт. А при 77 К - может быть порядка Килоампера/Вт.
Для тепловизоров используются либо криогенные детекторы, либо болометры, которые регистрируют не фотоны, а нагрев детектора под воздействием излучения.

Мы сейчас работаем с материалом, который имеет чувствительность к энергии лазерных импульсов до 17000 КА/Дж на 11 мкм (думаю пока еще такой есть только в США). Т.е. амплитуда импульса при энергии на детекторе 1 нДж на 50 ом нагрузке порядка 0.85 Вольт. Но, думаю, зеленым человечкам 77 К не пойдет. Соответственно, при запрашиваемых изначально энергиях сигнал на нижнем пороге будет около 0.85 мв. Тепловые шумы 50 ом в полосе 100 Мгц - около 9 мкВ. Т.е. сигнал/шум отличный - 100. При комнате чувствительность упадет в 500 000 раз (сам не измерял, данные Hamamatsu). Сигнал шум будет 1/5000. Вот и весь расчет.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла


Вообще то тема ушла в сторону.


DS, я так понимаю, Stepanich уже увидел и оцифровал сигнал. И потому понял, что надо его логарифмировать. Поэтому нобелевская или нет, ему решать.

Ладно, без шуток, Stepanich, оцифруйте сигнал без логарифмирования, а потом о логарифмировании будем думать

DS
спасибо за подробный ответ.

DS, насколько я понимаю, форум для того и создавался, чтобы одни люди задавали вопросы, а другие по мере возможностей отвечали на них.

Если у Вас есть возможность рассказать, как "задачи очень давно решаются не только для лазерного излучения, но и для детектирования излучения сцинцилляторов в ядерной физике и рентгеновской диагностике", буду признателен. Однако я прошу Вас воздержаться от субъективных высказываний.

По сообщению №14: требуется не измерять длительность сигналов, а производить оцифровку их формы, а для этого с учётом требующихся времён необходимо использовать быстродействующий АЦП.

ValeriyM, спасибо за ответ, но логарифмировать нужно именно перед АЦП.

У AD8310 меня смущает приведённый график:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Я так понимаю, имеет место интегрирование, таким образом, единичный импульс не будет отрабатываться должным образом.

А форму то для чего Вам измерять ? Для определения типа лазера надо длину волны и длительность измерять, после чего это определяется однозначно. Измерять по форме, особенно, если импульсы короткие, это я так понимаю, ноу-хау местных радиолюбителей ? И как Вы собираетесь измерять сигналы с амплитудой порядка 1/1000 от теплового шума ?

..вы хотите использовать лог. усилитель чтобы увеличить динамический диапазон - а сколько в Дб вам нужно ? вы уже примерно прикинули?
Просто DS хочет вам сказать , да и говорит что соотношение С/Ш вашего сигнала будет отрицательным - а при таком плохом соотношении одиночный импульс поймать и рассмотреть крайне тяжело.



..а вы хотите использовать гипотетический лог. усилитель с полосой пропускания по крайней мере в 15 раз шире чем в цитате приведено .

DS, я Вам признателен за участие в обсуждении темы, но ещё раз обращаю Ваше внимание на обсуждение конкретного вопроса в первом сообщении.

Обсуждение системотехники и концепции того, для чего этот узел нужен, выходит за пределы данной темы.

Требуется измерять именно форму быстрых сигналов со всеми характерными особенностями. Борьба со всеми видами шумов, присущих данной системе, также выходит за пределы данной темы.

Спасибо.

Lmx2315, думаю, либо 30, либо 60 дБ.

Я очень далек от этой техники, но c большой доле вероятности, ad8310 - не то. AD8309 - то, ибо имеет ВЧ выход ограничителя, но слабоват по частотке. Но у них есть другая серия приборов, типа ADN2892. У Хиттайта - http://www.hittite.com/products/view.html/view/HMC750LP4 http://www.hittite.com/products/view.html/view/HMC866LC3C -$256 и др. Если Вы устаканите требования, можно копнуть глубже.
В ЦЕРНЕ кое-где используют конвеерные АЦП типа http://www.e2v.com/assets/media/files/docu...rs/doc0952B.pdf или http://www.e2v.com/assets/media/files/docu...rs/doc0846G.pdf , например, народ говорил здесь, что они даже в Питере в продаже есть. Но знакомые интересовались http://www.fujitsu.com/downloads/MICRO/fma...C_FactSheet.pdf - не знаю что-то получилось или нет - я с ними раз в 5 лет встречаюсь.

ledum, спасибо за АЦП -- впечатляет.

Но мне не понятно, как предложенные Вами ограничители могут выполнять функцию логарифмирования?

Первое предложение абсолютно верное. А вот второй абзац забавен - как бы научиться высказывать свое объективное мнение.
И у кого...
Ваша роль (и право) - задавать вопросы и благодарить. Можете спорить по сути мыслей других участников. Если Вы считаете. что нарушены правила, воспользуйтесь жалобной кнопкой.
Будем бороться за Ваши права.


У меня пока еще имеются остатки память, и я отчетливо помню, что было написано в первом посте. Первоначально.
Не стоит так поступать. Это не очень... Слов не подберу...

Было поздно, и я не проверил схемотехнику ограничителей Хиттайта. Привык, что она выполнена на дифкаскадах типа приемников с линии 100ЛП114, многокаскадные имеют близкую к логарифмической передаточную характеристику. Поэтому извиняюсь, но думаю, глянув на AD8309, Вы поймете о чем я. В Союзе мы делали лог усилитель на 2Т3132А-2 как по рис 27 AD8309, каскадов было много на 1.5ГГц. Сейчас делают по параллельной схеме http://www.atips.ca/research/documents/ad/...004_Present.pdf или http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/downl...p1&type=pdf

Когда увидел 56GSa/s, невольно отвисла челюсть, но после более внимательного прочтения немного успокоился:

Я так понял, что там 14 Гигапреобразований в секунду. Тогда непонятно:

Или не понял принцип тактирования АЦП для 56 Гс/c. Но всё равно круто!

Про AD8309 в самом начале сказано "The AD8309 is a complete IF limiting amplifier, providing both
an accurate logarithmic (decibel) measure of the input signal (the RSSI function) over a dynamic range of 100 dB, and a programmable limiter output, useful from 5 MHz to 500 MHz". Мне по-прежнему не понятно, как будет отрабатываться на выходе ограничителя единичный импульс.
Судя по графику, выход ограничителя может быть использован как логарифматор:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Однако не понятно, как будут обстоять дела при 5 нс на входе. SPICE-модели нет. Придётся макетировать.

Две I/Q пары на 14ГГв/с. Т.е. 4х14, но вроде не требует муторной калибровки конвейера, в отличие от e2v, которыми нам немцы, поставлявшие что-то для ЦЕРНа, советовали оцифровать весь L сразу.

То Stepanich гляньте статейки Holdenried-Haslett - там есть осциллограммы, но синуса. Параллельная схема, возможно, меньше шумит. Но с/ш логарифматоры хорошо портят. Зато уменьшают требования к ДД последующих узлов.

ledum, спасибо, очень интересные статьи. Жаль только, что эти изделия не доведены до серийного выпуска.

То есть полноценная скорость одного канала 14 Гпр/c, а 56GSa/s - это типо "рейтинговой частоты процессора".
Датировано 2010 годом, неужели в России кто-то с этим уже работает? Правда динамика у этого АЦП никакая - 40дБ.
HMCAD1511 по частоте до японцев далеко, зато динамика 50 дБ. Можно также взять HMCAD1520 с 70 дБ. Или что-нибудь поприличней у LT или AD, если получится достать. Но там уже далеко до ГГц.
А точно ли здесь нужны ГГц? Мне почему-то кажется, что SNR и SFDR в данной задаче важнее.

YIG, у AD больше 1 ГГц АЦП я не нашёл. Частота важна. Подумываю, чтобы вместо логарифматора разбить диапазон на три части: х10, х100, х1000, и коммутировать их на вход АЦП после линии задержки ключами (например, ADG901).

Меня просто в свое время спросили о Фуджицу - я предположил, что это просто попытка застолбить рынок, реально чипы достать как и указанные выше параллельные лог. усилители - фигушки.
Что касается задачи - непонятно что именно интересует. Если точно форма импульса, и эти импульсы постоянно повторяются, пусть нерегулярно, то поставил бы пиковый детектор, или превратил бы в него подходящий лог. детектор, прикрутив к какому-нибудь ADL5330 (рис 37 даташита) - при правильном выборе детектора и емкостей по фильтру НЧ, можно получить оптимальную величину амплитуды импульса. Первый импульс или несколько будут потеряны - пока не отработает схема АРУ

ledum, нет, система должна быть способна регистрировать одиночный, неповторяющийся импульс.

Тогда вот это не получится

http://cronologic.de/products/digitizer/
до 5 гиг на 1 канал
или 4 канала по 1.25 гига

Если не коммутировать, а завести на 4-канальный АЦП, а лучше, 4 разных АЦП, то получится. Во втором случае информация с АЦП может быть взаимодополняющей в случае очень сложной формы импульса.

Перед каскадом из трёх усилителей будут стоять три компаратора, срабатывающие по уровням, различающимся в разы. В зависимости от того, какой компаратор сработал (разумеется, по старшинству), на вход АЦП будет коммутироваться ключом сигнал с соответствующего каскада. Чтобы не потерять весь сигнал или его часть из-за задержки компаратора и ключа, каждый каскад будет содержать линию задержки.

Приветствую!



Да пару параллельных каналов АЦП с разным затуханием на входе и "сшивка" данных в цифре на выходе - будет вам большой дин. диапазон.
Я так лет 10 назад делал обработку для "подледного" радара на AD9201, два канала с разницей усиления в 30 dB суммарно получалось после сшивки >80 dB для одного импульса при 10 бит ADC. Основная проблема была в том что для канала с большим усилением нужно малое время восстановления после нажера большим сигналом.

Удачи! Rob.

Ну и как Вы представляете линию задержки с полосой не менее 2ГГц и задержкой порядка 25нс? Время срабатывания ключа + компаратора + без лог. детектора типа того же AD8310 врядли обойтись. 10м кабеля? Вообще-то дешевле 3-х 5ГГц АЦП, так что возможно...

ledum, да, реализация линии задержки с такими требованиями, наверняка, будет тоже сложной задачей. Сначала попробую реализовать кусок фазовращателя.
Вообще вся эта задержка сигнала и коммутация необходимы из-за того, что нет возможности ставить АЦП для каждого каскада -- слижком уж они большие и много потребляют.

Первые радиоприемники тоже были детекторными, потом освоили преобразование частот и стали обрабатывать сигнал в более “удобном” диапазоне.
Также прошу прощения за оффтопик.

ledum, вот один из вариантов линии задержки: http://www.datadelay.com/asp/passive.asp

Зачем Вам тогда многоГиГовая оцифровка, если Вас устраивает 3дБ полоса линии-ФНЧ, не превышающая 350МГц, а при 20нс и вовсе 175МГц? Т.е. Оцифровка выше 1ГГц уже не имеет смысла. Будем надеяться, что прототип линии - Гаусса или линейнофазовый.
В Вашей реализации, мне кажется, нужны еще и широкополосные ответвители (или делители). В принципе, действительно, лог. детектор - лишнее звено - минус 10нс задержки (но нужен одновибратор на ожидаемую длительность импульса с запасом), возможно лучше сделать одну коммутируемую линию задержки и пару усилителей на АЦП и некоммутируемые усилители 20 и 40дБ через направленные или не очень ответвители с компараторами для детектора уровня и управления коммутатором - ибо при перегрузке усилитель (детекторные ИМХО - пусть) может относительно долго выходить из дауна - может исказить следующий, скажем, более слабый импульс.
Это чё, типа РЛС оптическая?

ledum, действительно линия задержки ограничивает полосу. Но и для задачи не требуется более 70 кГц. Форму сигнала она, конечно, тоже завалит, но небезнадёжно, поэтому частота выборки АЦП всё же важна.

Нечто похожее, что Вы описываете (коммутаторы и усилители с разными коэффициентами), я и планирую реализовать. Пусть усислители будут подвержениы насыщению -- при 70 кГц их насыщение не успеет сказаться на следующих импульсах. Коммутаторы будут управляться с ПЛИСа, туда же заводятся сигналы с компараторов.

Нет, это не РЛС.

полоса 70кГц форму сигнала с длительностью ~5-20 нс завалит безнадёжно, и после этого частота выборки уже не поможет.
я бы предложил попробовать поставить в параллель много медленных АЦП, но с большой входной полосой, завести на все один и тот же входной сигнал, а менять задержку у 70кГц клоков для каждого АЦП. чтобы каждый АЦП выхватывал одну точку с импульса но в разные моменты времени.
например AD9609/9629/9649 - входная полоса 400МГц, на низкой частоте 70КГц работать будет.
десяток другой таких АЦП раздвинутых по времени друг относительно друга на 200пс, быстрее нет смысла из-за полосы.
ну и если учитывать особенности сигнала, задержки можно сделать неодинаковые, чтобы цифровать его в особо интересных местах.
решение не самое изящное, но это будет возможно даже проще чем один быстрый АЦП ADC08B3000, тем более что никто его, в силу американских экспортных ограничений в наш Мордор, просто так не продаст.

Там ИМХО очепятка. 70кГц - частота повторения. Импульсы, я так понял, короткие, надо 3-5 гармошек 0.351/тау импульса, чтобы с достаточной точностью (зачем?) описать импульс

Если уж на то пошло, то можно подумать о разделении НЧ и ВЧ составляющих импульса. Тогда на низкочастотную составляющую снизить запросы по скорости и увеличить требования по разрядности многоканального АЦП, а высокочастотную оцифровывать на ГГцах на 8-10 битах. Тут уже с динамикой попроще будет. А потом данные сшить вместе и анализировать форму. Пока сформулировал коряво, но можно будет додумать, если мысль понравилась!

_pv, да, я не точно выразился: 70 кГц -- частота повторения лазерных импульсов, а не полоса линии задержки.

YIG, спасибо за предложение. Но думаю, на 10 нс НЧ АЦП будет малоэффективен.

По поводу линии задержки. Вариант фирмы Data Delay Devices, разумеется, не единственный. Задержка у этих сборок формируется с использованием RC каскадов, что и приводит к заваливанию фронтов. Думаю, существуют и другие варианты, например, длинные линии в миниатюрном исполнении.

Более того, необходимое время задержки вытекает из скорости переключения аналоговых ключей, коммутирующих сигналы с выходов усилителей на АЦП. Если взять RF-ключи от AD или Vishay, время можно сократить до 6-10 нс.

Да собственно говоря не за что! У Вас всё время меняются данные, в начале было вот так:

То есть, я полагал, что в спектре точно есть относительно низкочастотные составляющие до 100 МГц, которые можно бы было выделить многоканальным АЦП со скоростью преобразования от 250 Мпр/c (например, HMCAD1520). Учитывая ту особенность, что уровень высокочастотных составляющих в спектре импульсов как правило значительно ниже, логично было бы поднять только их, а не весь спектр, 3-ГГцовым 8-битовым АЦП, который Вы выбрали.
Теперь, на 10 нс АЦП со скоростью ниже 1Гпр/c и правда ловить нечего...
...Линии задержки с минимальными искажениями спектра вроде как делают на оптоволокне, если не ошибаюсь.