[Analogique] Montage PhotoDiode et LMP7718
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Montage PhotoDiode et LMP7718



  1. #1
    Renacas

    Montage PhotoDiode et LMP7718


    ------

    Bonjour,

    Je cherche a utiliser un LMP7718 comme amplifier trans-impédance "highspeed" pour un montage avec un optocoupleur
    Je précise que ce composant m'a été imposé (lien a des contraintes de maquette antérieure) .
    L'opto-coupleur est constitué de 2 diode émettrices/réceptrices:
    VISHAY vsmy1850 en émettrice et vemed1060 en diode réceptrice.

    La contrainte est d'avoir le LMP7718 alimenté en 1.8V (Signaux également en 1.8V CMOS).
    Les essais réalisés préalablement n'ont pas permis d'avoir la bande passante suffisante pour faire transiter un signal à 2.45Mhz.
    Du coup, le signa est dégradé: je ne sais pas si c'est lié à la tension d'alimentions en asymétrique par rapport au préconisation de la Data sheet ?.
    Je vous joint le schéma utilisé et les graphes qui en résulte.
    Le composant a une GBW de 88Mhz ce qui devrait être suffisant?
    Si vous avez une idée de la raison du problème (ou un schéma plus adapté) je suis preneur.
    D'avance merci aux contributeurs.
    Image1.jpgImage2.jpgimage3.jpg

    -----

  2. #2
    jiherve

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    bonsoir
    déjà répondu ailleurs.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  3. #3
    Renacas

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Bonsoir Jhervé,
    Avec LMP7718 ?
    Votre dernier message ne traite pas de ce sujet : auriez vous le lien de votre réponse/sujet svp ?
    D'avance merci.?

  4. #4
    Renacas

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Vu! Merci

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    Vincent PETIT
    Animateur Électronique

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Bonsoir,
    Ton schéma est identique à ce qu'on voit dans la première image ? Tu as mis quelle valeur pour Cfeedback vaut combien ? On peut voir ton routage ?
    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

  7. #6
    Renacas

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Bonsoir Vincent,
    Je n'ai pas mis de capa supplémentaires car la datasheet mentionne que cette capa est optionnelle est seulement pour réduire la bande passante et éviter une entre en oscillation.
    Vous pouvez peut-être m'éclairer sur le rôle de la capa de 0,1µf et la résistance de 100Koms ainsi que les critère d'ajustement de la tension du +Vbias en entré du LMP7718 ?
    Je précise que j'ai réalisé un montage équivalent avec un OP4380 alimenté en 3.3V et qui fonctionne très bien à 2.45Mhz.
    Je ne sais pas si le LMP7718 (Cf montage ci-joint) est configurable de la même manière ?
    D'avance merci.Nom : Capture d’écran 2025-01-20 114201.jpg
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  8. #7
    Vincent PETIT
    Animateur Électronique

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Bonjour,
    Dans ton montage initial ci dessous :

    Capture009.PNG

    - Le condensateur de 100nF sert à stabiliser +Vbias en haute fréquence, c'est du découplage. Pour ton application sa présence est un énorme problème, j'y reviens plus bas.
    - La résistance de 100kΩ peut servir à équilibrer les Ibias pour minimiser/annuler l'offset en courant et donc la précision de la mesure. Cette valeur doit correspondre à 10MΩ || Rdiode. Rdiode est issue de ce modèle équivalent.

    Capture010.PNG


    Mon avis :
    Personnellement je ne mettrai pas la résistance de 100kΩ au vu des faibles Ibias du composant. Ce genre de résistance d'équilibrage amène en contre partie du bruit dans l'électronique et il faut vraiment se pencher sur l'avantage Ioffset versus bruit.

    Le condensateur de 100nF pose un vrai problème de bande passante. Si tu reprends le modèle équivalent ci-dessus, sans Cfeedback, la capacité CD vaut CCM du LMP7718 (voir l'image ci dessous mais c'est au moins 15pF) +la 100nF qui est en || + CDIODE + CDIFF du LMP7718 que je n'ai pas trouvé dans la datasheet.

    Capture011.PNG

    Cette capacité énorme combiné à la Rfeeback de 10MΩ ajoute un pôle à la fonction de transfert qui réduit fortement la bande passante.

    Dans ton montage initial si tu retires la 100nF ça devrait fonctionner beaucoup mieux.
    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

  9. #8
    Vincent PETIT
    Animateur Électronique

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    J'ai oublié de répondre à ta dernière question. Si tu fais ce câblage avec ton LMP7718

    Nom : Capture012.PNG
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    Tu ne peux pas espérer plus de 2.5MHz de bande passante car CTOT fait déjà 15pF rien que pour l'entrée de l'AOP et tu dois ajouter la capa de la diode et éventuellement la capa parasite du PCB. Pour gagner en bande passante il faut une résistance de feedback bien plus faible et amplifier en tension avec un second ampli après.
    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

  10. #9
    Renacas

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Bonjour Vincent,

    Tout d'abord, merci pour tes réponses très complètes qui me sont très utiles dans la compréhension du fonctionnement de ces composants.
    Il semble au tout début avoir essayé sans la capa ni résistance mais je vais refaire des essais.

  11. #10
    Renacas

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    OK.
    De mon souvenir, j'ai déjà diminué la résistance de Feedback mais sans succès.(CF calcul joint)
    2,5Mhz serait suffisant mais avec un gain=1 si je comprends bien.
    Mais effectivement, si la capa d'entrée filtre déjà le signal, c'est peine perdu.
    Au final, n'étant pas limité dans le choix du composant, est-ce qu'il existerait un équivalent du OPA380 qui puissent fonctionner en étant alimenté en 0/+1.8V ?
    ça lèverait la contrainte que j'ai actuellement sur le LMP7718.
    D'avance merci pour tes conseils.
    Nom : Capture d’écran 2025-01-18 114818.jpg
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    Dernière modification par Renacas ; 20/01/2025 à 17h18.

  12. #11
    jiherve

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    bonsoir
    es tu vraiment obligé d'utiliser une alimentation si basse, en 3.3v il y a beaucoup de choix en AOP et la photo-diode serait polarisée plus haut donc elle présenterait une capa plus faible.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  13. #12
    Renacas

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Bonsoir JR,

    Malheureusement oui ... C'est d'ailleurs quasiment ma seul contrainte pour le moment.
    Le microcontrôleur est en logique CMOS1.8V et je n'aurais que cette tension d'alimentation a disposition sur le système final...

  14. #13
    jiherve

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    re
    c'est pas glop!
    moi je me donnerais du "gras" avec un petit DC/DC à pompe de charge au vu des faibles courants nécessaires.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  15. #14
    Renacas

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Au final, ce sera peut-être une des solutions ...
    Mais même en 1.8V, un dC/DC pompe de charge 1.8V->3.3V n'est pas courant ... !

  16. #15
    jiherve

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    l'électronique c'est pas du vaudou!

  17. #16
    Renacas

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Merci jiherve pour le lien ��

  18. #17
    Vincent PETIT
    Animateur Électronique

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Bonjour,
    C'est marrant mais je n'arrive pas à simuler le LMP7718 en montage TIA sur Pspice for TI.

    Et avec le recul on dirait qu'il y a un loup caché quelque part.
    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

  19. #18
    Renacas

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Bonjour Vincent,

    Effectivement, c'est étrange.
    Tu peux me partager le schémas que tu as simulé ?

    AU final, le schéma générique d'utilisation du LMP7718 avec une photo diode revient à celui qui figure dans la datasheet de l'OPA380.
    LMP7718_1.jpg

    Le seul shémas de configuration qui figure dans la data sheet du LMP7718 utilise une alim symétrique -2.5V/+2.5V
    LMP7718_Transimpedance_AlimSym.jpg

    Donc je me pose la question de savoir si les perf de bande passante ne sont pas valable qu'avec cette dernière configuration ...?

  20. #19
    jiherve

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Bonjour,
    Les deux schémas sont équivalents , il faut à chaque fois une alimentation négative soit pour polariser la diode soit pour alimenter l'AOP.
    Le montage utilisant l'OPA380 semble palier ce besoin.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  21. #20
    Vincent PETIT
    Animateur Électronique

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Bonjour,
    Les modèles LMP7718 et OPA380 sont trop anciens pour PSpice for TI, il faudrait utiliser l'ancien simulateur de Texas TINA TI (qui est pas mal). J'ai du prendre l'OPA316 pour le comprendre.

    Donc il faudrait reproduire ce schéma avec TINA TI

    Nom : Capture013.PNG
Affichages : 64
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    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

  22. #21
    jiherve

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    bonsoir
    je verrais çà ces prochain jours.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  23. #22
    Vincent PETIT
    Animateur Électronique

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    J'ai du me tromper dans le gain en boucle ouverte. Faut que je vérifie
    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

  24. #23
    Renacas

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Vincent, JR,

    Merci pour vos recherches.
    J'avoue que je suis de plus en plus perplexe sur la raison de la différence entre ces 2 composants ...

  25. #24
    jiherve

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Bonjour,
    tu peux encore charger TINA TI 9 là :https://www.ti.com/tool/TINA-TI#downloads
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  26. #25
    Vincent PETIT
    Animateur Électronique

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Bonjour,
    J'ai bien fait une erreur dans le close loop gain du transimpédance. Je l'ai tracé comme j'aurai fait avec un ampli non inverseur par exemple (ci dessous)

    C1 et L1 me servent à (presque) casser la boucle de contre réaction ce qui me donne la possibilité de tracer le gain en boucle ouverte et le noise gain. Le croisement entre le gain en boucle ouverte et le noise gain me donne le ROC (rate of closure) et donc la stabilité du système. Si à la fréquence de croisement, la valeur absolue de |la pente du gain en boucle ouverte - la pente du noise gain| = 20dB/dec alors système stable.

    Dans mon message #20 le croisement entre la courbe jaune et bleu ciel donne |-20dB/dec - 20dB/dec| = 40dB/dec, pas la peine de regarder la phase, ce n'est pas stable. Par contre ci dessous, le système est stable.

    Capture014.PNG

    Enfin bref ce n'est pas le sujet... Moi je voudrai bien voulu afficher ce genre de courbe de gain en boucle fermée car c'est ça que je devrai avoir sur un transimpédance.

    Capture015.PNG
    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

  27. #26
    Vincent PETIT
    Animateur Électronique

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Bon, il fallait passer par 2 simulations AC distincts, la première comme je l'ai faite et une autre juste pour avoir le gain courant/tension
    Ici le gain est de 86dB soit une multiplication par 20 000 (c'est à dire la résistance de feedback de 20k) du courant en entrée.

    Capture016.PNG

    Et en ajoutant un pole dans la fonction de transfert, le ROC (le croisement entre AOL et Noise gain) passe à 20dB/dec et donc le système devient stable, on le voit aussi à la phase qui a remonté (mais il y a quand même un overshoot dans le gain à prendre en compte)


    Capture017.PNG


    Yapluka refaire ça sur TINA-TI Tu peux essayer Renacas ? J'aurai du temps pour m'y pencher mais pas avant la semaine pro.
    A+
    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

  28. #27
    Renacas

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Merci Vincent pour les graphes.
    L'idée serait de refaire ça avec le LMP7718 modélisé poru comparer puisque le l'OPA380, je l'ai déjà fait fonctionner ...

  29. #28
    Vincent PETIT
    Animateur Électronique

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Re, j'ai eu un peu de temps. Ton AOP fonctionne mais uniquement avec une alim symétrique. Cela semble coller avec la réalité.

    Essaye de coller -1.8V à ton AOP juste pour voir en vrai si ça fonctionne.

    Nom : Capture018.PNG
Affichages : 40
Taille : 73,0 Ko
    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

  30. #29
    Renacas

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Bonjour Vincent,

    Super la simu
    Pour résumer ... et que je comprenne bien ...
    1er simu (capture017.png) qui montre qu'avec le OPA316 (équivalent OPA380) alimenté en alim sym -2.5V/+2.5V, on a un gain à ~2.5Mhz d'un peu moins de 90db, en ligne avec les résultats obtenus sur maquette.
    2eme simu (capture018.png) qui montre qu'avec le LMP7718 alimenté en alim sym -1.8V/+1.8V, on a aussi un gain à ~2.5Mhz d'un peu moins de 90db, qui montre que le montage est fonctionnel en alim symétrique et donc avec des performances "équivalentes" (Je mets des guillemets...) à l'OPA380.

    Du coup, qu'est-ce que donne ta simu qd tu alimentes le LM7718 en 0V/+1.8V en mettant le V- d'alim à la masse ? Quel est le gain obtenu ?
    Est-ce qu'on arrive à démontrer en simu que le composant n'est pas utilisable en asymétrique à +1.8V ?
    Si tu apportes cette confirmation, il aura été définitivement prouvé qu'il ne sert à rien d'essayer de faire fonctionner la demo dans cette config !

    Pour l'avoir essayer, l'OPA380 délivre un gain suffisant pour pouvoir fonctionner à 2.5Mhz en alim asym. 0V/3.3V (Ce serait intéressant de voir si la simu valide aussi cette config d'ailleurs ?)

    D'avance merci pour ton retour.

  31. #30
    Vincent PETIT
    Animateur Électronique

    Re : Montage PhotoDiode et LMP7718

    Citation Envoyé par Renacas Voir le message
    1er simu (capture017.png) qui montre qu'avec le OPA316 (équivalent OPA380) alimenté en alim sym -2.5V/+2.5V, on a un gain à ~2.5Mhz d'un peu moins de 90db, en ligne avec les résultats obtenus sur maquette.
    2eme simu (capture018.png) qui montre qu'avec le LMP7718 alimenté en alim sym -1.8V/+1.8V, on a aussi un gain à ~2.5Mhz d'un peu moins de 90db, qui montre que le montage est fonctionnel en alim symétrique et donc avec des performances "équivalentes" (Je mets des guillemets...) à l'OPA380.
    En effet, l'OPA316 et le LMP7718 fonctionnent de manière identique - en première approximation, je n'ai pas essayé en faisant varier les températures ou en mettant du bruit dans les alim - et le gain courant-tension est de 86dB (20k) et bien plat jusqu'à une fréquence respectivement de, 3MHz et 6MHz. Je note la nécessité de stabiliser le montage avec une capa de feedback car le ROC est de 40dB/dec donc instable.

    Citation Envoyé par Renacas Voir le message
    Du coup, qu'est-ce que donne ta simu qd tu alimentes le LM7718 en 0V/+1.8V en mettant le V- d'alim à la masse ? Quel est le gain obtenu ?
    J'ai un gain en boucle ouverte négatif, plat, sur la plage de fréquence simulée, c'est incohérent ce qui montre que la simulation ne fonctionne pas.

    Citation Envoyé par Renacas Voir le message
    Est-ce qu'on arrive à démontrer en simu que le composant n'est pas utilisable en asymétrique à +1.8V ?
    Je ne sais pas si ça vaut démonstration mais la simulation n'aboutie pas (ça ne plante pas, ça donne quelque chose d'incohérent). Pour que ça fonctionne il faut une alim symétrique. Comme tu as constaté un problème en réel, de toute évidence cet AOP ne fonctionne pas lorsqu'il est câblé en transimpédance avec une alimentation asymétrique. Je n'ai pas trouvé d'éléments qui tendent à montrer ça dans la datasheet.

    Citation Envoyé par Renacas Voir le message
    Pour l'avoir essayer, l'OPA380 délivre un gain suffisant pour pouvoir fonctionner à 2.5Mhz en alim asym. 0V/3.3V (Ce serait intéressant de voir si la simu valide aussi cette config d'ailleurs ?)
    La simulation de l'OP380 ne fonctionne pas non plus avec une alim simple, j'ai du mettre une alim symétrique pour obtenir des choses cohérentes. Je ne sais pas pourquoi mais je remarque que les modèles sont anciens et il est possible que la description spice soit moins bonne que pour les AOP plus récents, l'OP380 ou le LMP7718 sont de vieux AOP et pour avoir déjà fait du sustaining sur des produits qui avait des MCO assez long (~15 ans) je peux te dire que sauf raison très exceptionnelle (genre BOM certifiée donc pas d'autre choix que de réutiliser la même référence) c'est une très mauvaise idée que de choisir de tels composants

    Capture022.PNG

    Tu remarqueras qu'il faut là aussi stabiliser l'AOP pour regagner de le marge de gain et de phase, le ROC est aussi égale à 40dB/dec comme avec l'OP316 et le LMP7718.

    Un autre point important ! Tu t'attends à un signal carré sur la diode de réception mais le spectre d'un signal carré s'étend largement au dessus de la fondamentale à 2.5MHz. Ci dessous une copie d'écran de mon oscillo ; en jaune un signal carré 2.5MHz 0/3.3V et en rose sa FFT. Comme tu le sais déjà j'imagine, un spectre carré à des harmonique de rang impaire 3, 5, 7 etc... Donc plus tu atténueras les harmoniques (parce qu'ils dépassent la bande passante de l'AOP) et plus le signal sera déformé, il va s'arrondir dans les coins pour donner une image et il est possible qu'une harmonique tombe dans l'overshoot du gain I to V, donc le signal de réception en plus d'être déformé présentera du ringing/overshoot.

    Capture021.png

    ps : Si c'était moi, je prendrai un AOP plus récent et avec une bande passante plus grande. Ou alors il faut réduire la gain et remettre un étage d'amplification après le TIA.
    Dernière modification par Vincent PETIT ; 25/01/2025 à 18h28.
    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

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