MAZeT verstärkt Signale von optoelektronischen Sensoren

Transimpedanzverstärker und Strom-Digital-Wandler verarbeiten geringste Signalpegel schnell und dynamisch zu messbaren Signalen

Transimpedanzverstärker für optische Sensoren der Qualitätsprüfung in Inline-Prozessen der Fertigung

Die integrierten Signalverstärker und -wandler der MAZeT GmbH – Entwicklungs- und Fertigungsdienstleister für Embedded Systeme und Optoelektronik – wandeln Sensorsignale optischer Sensoren hochauflösend, applikationsspezifisch und entsprechend der geforderten Frequenz und Bandbreite. Die erweiterte Familie der Signal-ASICs umfasst die schnellen Transimpedanzverstärker und Analogwandler MTI04 und MTI08 sowie die Strom-Digital-Wandler MDDC04AQ und MCDC04EQ mit sehr hoher Verstärkung und Bandbreite. Mit den Signal-ASICs erfüllt MAZeT die Anforderungen der Signalelektronik nach einer schnellen Echtzeit-Signalwandlung in Inline-Prozessen sowie dem Aufbereiten von beispielsweise extrem geringen Signalpegeln der Sensoren, die nur wenig oberhalb des Bereiches des Eigenrauschens liegen können.

„Optoelektronische Sensoren sind Halbleiterdioden mit Stromausgang und dienen in vielen technischen Anwendungen sowohl als Einzelempfänger oder Arrays zur Lichtdetektion“, erläutert Frank Krumbein, Produktmanager für die Farb- und Spektralsensorik bei MAZeT. „Die Bandbreite reicht dabei von einfachen Lichtschranken zum Erkennen von Anwesenheit, über Lichtwellenleiterempfänger zum Datentransport und bildgebende Geräte, wie Scanner oder Digitalkameras, bis hin zu Anwendungen in der Messtechnik zur Analyse von Zuständen, Bewegungen oder lichttechnischen Größen wie Helligkeit oder Farben.“

Alle Signal-ASICs enthalten vier oder acht Signalkanäle und lassen sich über mehrere Verstärkerstufen dynamisch im Prozess programmieren. Das prädestiniert sie für mehrkanalige Sensorsysteme in Anwendungen mit dynamischer Verstärkung und hoher Bandbreite der Sensoren. Alle Wandler zeichnen sich durch ihre geringe Baugröße aus und stehen sowohl in platzsparenden (Q)SOP-Gehäusen oder alternativ als COB-Technologien zur Verfügung.

Transimpedanzverstärker mit analogem Ausgang

Transimpedanzverstärker (TIA) als Strom-Spannungswandler sorgen für eine kontinuierliche Signalverarbeitung mit hoher Signalfrequenz, wie sie automatisierte Prozesse benötigen. Sie eignen sich bestens für synchrone Messvorgänge im Kilohertz-Bereich, die schnelle Wandler zum Abtasten von optischen Signalen erfordern. Dazu gehören beispielsweise Sensoren zur Qualitätsprüfung in Inline-Prozessen der Fertigung oder auch in Touchless-Handheld-Geräten. Der MTI04 mit analogem Ausgang kann bis zu 4 Fotoströme pro Chip innerhalb von 8-Pin-programmierbaren Verstärkerstufen mit parallelem Signalausgang wandeln.

Der 8-kanalige Konverter MTI08 ergänzt den MTI04 mit Sample & Hold und Multiplexer am Spannungsausgang. MAZeT integriert dabei einen TIA mehrkanalig in einem ASIC und ergänzt zusätzliche Funktionen wie Programmierbarkeit, Power Down oder Multiplexer. So verringert sich der Platzverbrauch gegenüber dem diskreten Aufbau, der Temperaturkoeffizient der Verstärkung ist niedriger, und die einzelnen Kanäle bieten bei linearer Verstärkung sehr gute Gleichlaufeigenschaften über die Verstärkerstufen hinweg.

Mehrkanalige Strom-Digital-Wandler

Die Wandler MDDC04 und MCDC04AQ mit digitalen Ausgängen enthalten neben der Signalverstärkung und Temperaturkompensation eine hochauflösende On-Chip-AD-Wandlung und sind über eine digitale Schnittstelle programmierbar. Der MDDC04 enthält 4 zyklisch arbeitende Strom-Spannungswandler, wobei für jeden Kanal 16 Transimpedanzen mit binärer Abstufung separat einstellbar sind. Mit der maximalen Transimpedanz lassen sich selbst Ströme im Nanoampere-Bereich schnell messen und ein Dynamikbereich von 30 dB abdecken. Der Chip eignet sich hervorragend für höhere Signalfrequenzen im Kilohertz-Bereich und empfiehlt sich damit für schnelle synchrone Messvorgänge. Der Strom-Digital-Wandler MCDC04AQ wandelt die Fotoströme der Detektoren über ein zeitkontinuierlich integrierendes Ladungsbalance-Verfahren und stellt sie über eine I²C-Schnittstelle als digitale Daten im 16-Bit-Format ausgangsseitig zur Verfügung. Aufgrund der internen Strom-Ladungswandlung in den entsprechenden Parametern eignet sich der Signal-ASIC in Verbindung mit optischen Sensoren für Anwendungen mit sehr wenig Licht oder mit hoher Lichtvarianz, wenn gleichzeitig viel bis sehr wenig Licht gemessen werden muss. Dazu gehören die Steuerung von Licht mit Dimmung oder auch Fluoreszenz-Messungen in der Analysetechnik.

Über MAZeT
Die MAZeT GmbH ist ein führender, europäischer Entwicklungs- und Fertigungsdienstleister. Das 1992 gegründete Unternehmen mit Sitz in Jena entwickelt, fertigt und liefert kundenspezifische elektronische Baugruppen, Software und ASICs und vertreibt weltweit eigene Produkte der Marke JENCOLOR. Durch das breite Technologieangebot und Applikations-Know-how ist die MAZeT GmbH auf dem Gebiet der Industrieelektronik und der Opto-Sensorik ein zuverlässiger und bewährter Servicepartner für maßgeschneiderte, kundenspezifische Lösungen. Ihre Entwicklungskompetenz und Komponenten für spezielle Anwendungen kommen unter anderem im gesamten Bereich der industriellen Messtechnik, Regel- und Automatisierungs- sowie Medizintechnik zum Einsatz.

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