Amplificar la diferencia entre dos fotodiodos

Question

Tengo dos fotodiodos adyacentes en modo fotovoltaico, con dos amplificadores de transimpedancia . Por desgracia, mi MCU (nRF52840) está a un metro de distancia, y espero que entre una buena cantidad de ruido en el sistema. Para mi aplicación, el único dato relevante es la diferencia de luminosidad entre estos fotodiodos.

Parece que la solución correcta sería realizar una verdadera señalización diferencial para cada fotodiodo, pero no puedo hacerlo en mi caso por razones muy específicas.

Al encaminar cada señal junto a la otra, espero que la mayor parte del ruido afecte a ambas señales por igual. Mi objetivo es rechazar el ruido en modo común y las interferencias, y maximizar el rango dinámico en la ubicación de la MCU.

Estoy considerando las siguientes soluciones:

• dirigir directamente cada señal al ADC nRF52840 en modo diferencial
• utilizar un opamp diferencial y usar el ADC nRF52840 en modo single-ended
• utilizar un amplificador totalmente diferencial para controlar el ADC nRF52840 en modo diferencial

La primera solución sería sencilla, pero no estoy seguro de conseguir suficiente rango dinámico. No estoy familiarizado con los amplificadores totalmente diferenciales y no estoy seguro de su uso con señales que no sean de un solo extremo.

¿Qué solución sería la más adecuada? ¿Se le ocurre alguna alternativa mejor?

Answer 1

Para mi aplicación, el único dato relevante es la diferencia en luminosidad entre estos fotodiodos.

Si ambos fotodiodos son iguales, conéctalos en antiparalelo a una sola TIA. Conectarlos en antiparalelo significa que la única corriente que alimenta la TIA será la corriente de diferencia. Ahora, el problema del ruido se reduce a la mitad. Utilice un sistema de transmisión equilibrado como este: -

Sustituya el sensor de la izquierda por un controlador de amplificador óptico de un solo extremo y utilice un cable equilibrado, como un par trenzado apantallado. Conecte a tierra el blindaje en el extremo del receptor. Está claro que también hay que utilizar un amplificador receptor diferencial. Esquema de aquí .

Las dos resistencias marcadas con una X azul representan resistencias de igual impedancia, de modo que se facilita un impulso de impedancia equilibrada al cable y cualquier interferencia (símbolo del rayo rojo) tiene que afectar por igual a los dos hilos de transmisión interiores. Esto es lo que se entiende por "equilibrado" en este contexto. Por supuesto, con los componentes sobrantes de la TIA innecesaria se puede conducir la línea diferencialmente y aumentar la SNR en otros 6 dB.

Answer 2

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

La idea del diodo antiparalelo de Andy funciona muy bien en un amplificador de transimpedancia. El rango dinámico se maximiza siempre y cuando el amplificador óptico no corra contra su carril de alimentación de CC con demasiada ganancia. Elija un valor de resistencia de retroalimentación (R1, o R4) para mantenerse dentro del rango lineal del amplificador óptico.

Los fotodiodos y el amplificador óptico van juntos, y el amplificador óptico conduce el cable largo al ADC.

La mayoría de los ADCs de los microcontroladores aceptan una tensión entre tierra y una tensión de referencia +ve - el circuito de la derecha (unipolar) sería preferible al de la izquierda. Cuando las corrientes de los fotodiodos son iguales, la tensión de salida del amplificador óptico es la mitad de la alimentación DC.