Progetto e realizzazione di un capacimetro con microcontrollore

Presentazione sul tema: "Progetto e realizzazione di un capacimetro con microcontrollore"— Transcript della presentazione:

1 Progetto e realizzazione di un capacimetro con microcontrollore
per fotodiodi SPAD Davide Tamborini e Alessandro Ruggeri Relatore: Correlatore: Prof. Alberto Tosi Ing. Alberto Dalla Mora

2 Funzionamento del capacimetro Taratura e misure sperimentali
Sommario La capacità dello SPAD Funzionamento del capacimetro Taratura e misure sperimentali Conclusioni e prospettive In questa presentazione verrà analizzata la rivelazione di singoli fotoni nel campo del vicino infrarosso, in termini di applicazioni e di rivelatori utilizzabili; verrà descritto il tipo di fotorivelatore progettato, in termini di funzionamento e di struttura, ed infine si analizzeranno i vari parametri di progetto dello SPAD che sono stato ottimizzati per giungere al progetto finale del dispositivo.

3 Il fotorivelatore SPAD
Rivelazione del fotone: Confronto APD – SPAD :

4 Circuiti di spegnimento passivi
Gated – Mode Free Running Errori di rivelazione Alzare Soglia

5 “Capacimetro per diodi polarizzati” I
REQUISITI: Range: da 0.1pF a 20pF Risoluzione: 5fF Bassi parassitismi Polarizzazione dello SPAD Tensione linearmente dipendente dal valore della capacità

6 “Capacimetro per diodi polarizzati” II
Analisi circuitale Guadagno ideale Due zeri nell’origine Ad alte frequenze: Guadagno reale con banda limitata da CAK Caratteristiche: Frequenza di 50kHz Ingresso di ampiezza 0.1V con conseguente uscita da 15mV a 3V

7 Presentazione dello SPADCapMeter
Svantaggi : Generatore di funzioni; Oscilloscopio; Nessun interfacciamento; Necessità programma di calcolo.

8 SPADCapMeter Front-end Analogico Convertitore A/D Alimentazione
Capacimetro Generatore di sinusoide Microcontrollore

9 Generazione Sinusoide
Microcontrollore Filtro Passa Banda Filtro a reazione multipla

10 Front-end analogico 5µs Input SOC Comparatore Ritardatore

11 Scelta Convertitore A/D
Requisiti ∆V = 0.1V 700fF x 5fF = 0.7mV fSAMPLE > 50ksps SOC attivo basso LTC1417A r ∆V = 4.096V 214 = 250μV fSAMPLE = 400ksps max Comunicazione SPI

12 Microcontrollore – Hardware
Gestione SPADCapMeter USB PWM Vantaggi USB: Protocollo largamente diffuso; Plug and Play; Alta velocità di trasferimento; Autoalimentazione. CORE SPI PIC18F4550

13 Inizializzazione hardware:
Firmware Blocchi principali: Inizializzazione hardware: SPI Timer USB Gestione USB Acquisizione ed elaborazione: Filtro mediano + media

14  USB: fornisce 5V @ 500mA MAX; SPADCapMeter:
Alimentazione USB: fornisce 500mA MAX; SPADCapMeter: Assorbe 75mA; Necessita di ±5V Circuito a pompa di carica: 

15 Realizzazione pratica
Alimentazione Microcontrollore Convertitore A/D Generatore di sinusoide Front-end Analogico

16 Due pannelli ausiliari
Interfaccia Labview Due tipi di misure: Misura singola Misura caratteristica Due pannelli ausiliari Taratura Cparassita Pannello delle Opzioni Abilitazione correzione Caricamento file di taratura di default Impostazioni di esportazione dei files

17 Verifica caratteristica Misura Cparassite Caratteristica Vp - Cak
Misure Obiettivo: Caratterizzazione di uno SPAD in silicio con VB=17V Taratura: Verifica caratteristica Misura Cparassite Caratteristica Vp - Cak 2.214pF ± 0.5fF Ccorrezione data da Cbk serie Cba ~ Cbk

18 Sviluppato sistema per misura di capacità rivelatori SPAD;
Conclusioni Sviluppato sistema per misura di capacità rivelatori SPAD; Range di Misura tra 0.1pF – 20pF; Misura automatizzata mediante microcontrollore; Interfaccia USB e gestione via Labview.

19 Alimentatore ±15V per operazionali scheda capacimetro
Prospettive Alimentatore ±15V per operazionali scheda capacimetro Generatore tensione di bias per SPAD Aggiunta funzionalità al software

20 Progetto e realizzazione di un capacimetro con microcontrollore
per fotodiodi SPAD Grazie per l’attenzione Tamborini Davide e Ruggeri Alessandro Relatore: Correlatore: Prof. Alberto Tosi Ing. Alberto Dalla Mora

21 Gated – Mode a prelievo differenziale

22 Studio Capacimetro

23 Filtro Passa Banda

24 Front-end analogico II
Scelta soglie: Durata impulso monostabile : In corrispondenza del massimo valore dell’ingresso si ha lo Start Of Conversion

25 Filtraggio

26 Codice C

27 Funzionamento interfaccia
Blocco fondamentale: getM.vi Esempio di acquisizione: misura caratteristica

28 Caratterizzazione dello SPAD usando una Vp da 0V a 15V con passi di 1V
Misure Caratterizzazione di uno SPAD al silicio con VB=17V Taratura dello strumento con tre condensatori di precisione da 0.7pF, 1.1pF e 4.3pF; Controllo della taratura con un quarto condensatore da 2.2pF tramite misura singola; Rilevazione delle capacità parassite dello SPAD, misurando CAK, CBK e CBA con Vp=0; Caratterizzazione dello SPAD usando una Vp da 0V a 15V con passi di 1V