Getaktete Nanoampere Stromquelle

Hi,
Ich habe ein etwas kniffeliges Problem. Ich brauche für die Ansteuerung eines CCD-Chips eine Stromquelle die 10(20)nA bei 100KHz(200kHz) liefert. Die Genauigkeit ist nicht so wichtig. sollte nur auf alle Fälle unter der Grenze liegen. (z.B. 8nA+-2nA).
Bei den ICs ist der kleinste Strom den ich finden konnte 100µA, wobei der schon eher als Temperaturfühler durchgeht bei 9+µA/°K.
Dann hatte ich mir noch überlegt eine 1V-Referenz an einen Gigaohmwiderstand zu hängen. Das hat aber gleich mehrere Probleme, nachdem bei einem GigaOhm die RC-Zeit immer Brei aus den Flanken macht. Weiterhin ist das Handling von Gigaohm-widerständen eine Seuche. Außerdem wüsste ich auch nicht wie ich auf der relativ vollen Platine ausreichend Abstand für eine hermetische abriegelung des Widerstandes gegen Schmutz und Feuchtigkeit unterbringe.
Der letzte Ansatz war es mit einer Externen Stromquelle an die Platine zu gehen, aber da hat die Kapazität der Zuleitungen zugeschlagen.

Ich grübel grad noch an einer weiteren Idee, aber ich will euch nicht in bestimme Bahnen lenken.

Was ich zur Verfügung habe:
Diverse Spannungen von -8 bis +20V
Einen Atmega 32
Diverse Takte: 16 Mhz, 4Mhz, 200kHz, 100kHz +einen freien PWM-Ausgang am µC
Wenn jemanden was sinnvolles dazu einfallt, ich bin ganz Ohr.

Danke schonmal.

Die Stromregelung lässt sich am einfachsten eben doch mit so hohen Widerständen erreichen. Die Kapazität (und auch die Anfälligkeit gegen Leckströme auf der Platine) kann man durch Reihenschaltung von mehreren etwas kleineren Widerständen reduzieren. Für die 10nA könnte man es mit einem IO-Pin und 4 oder 5 mal 100Mohm (je nach benötigter Ausgangsspannung der Stromquelle) versuchen. Als Referenzspannung kann man einfach die Betriebsspannung des µC verwenden, da es beim Strom nicht auf ein paar Prozent mehr oder weniger ankommt.

Hallo!

@ CCDFFT!

Sorry, aber mir fällt zuerst die einfachste Lösung ein. :)

Ich würde es mit einem hochohmigen Widerstand machen (die Spannung ist dann egal). Für den hochohmigen Widerstand würde ich ein mit GND verbundenes Metallrörchen verwenden (eventuell mit Epoxyd eingiessen).

Als grösstes Problem, sehe ich das Takten, weil man die Montagekapazitäten nicht auf Null mindern könnte. Scheint leider, dass es nicht so eifach wird. :(

Meine "verrückte" Idee ist, falls die innere Impedanz der Last (CCD-Chip) permanent und bekannt ist, einen paralellen Schunt (wie bei Ampermetern) anschliessen und grösseren gemeinsamen Strom takten (z.B. 1 mA). Nicht ausprobierte einfachste Schaltung habe ich im Code skizziert.

MfG

Code:

---

                  VCC
                  +
                  |
                  +---+
                  |  |
                  .-. .-.
                  | | | |
                  | | | |
                  '-' '-'
    .-----.      |  |
    |  G  |  ___  | |<
    |_-_-_|-|___|-+-|
    |    |        |\
    '-----'          |
        |              ||1mA
      ===            |V
      GND            |    .----------.
                      +------+  CCD  |
                      |    | |        |
                      .-.  |.-.      |
                      | |  || ||10nA  |
                      | |  || |V      |
                      '-'  |'-'      |
                      |    | |        |
                      ===  '-|--------'
                      GND    ===
                            GND

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

---

Eine Möglichkeit wäre eine kleine Fotodiode und ein LED dazu. Man könnte auch eine kleine Diode im Glasgehäuse dazu missbrauchen - hab ich auch schon gesehen für sehr kleine Ströme (bis in den pA Bereich, aber dann Langsam (<10 Hz)). Man hat dabei aber dann das Schrotrauschen mit drin.

Bei einem So kleinen Strom hat man aber immer das Problem mit der Kapazität - das läßt sich einfach nicht vermeiden. Bei 10 nA unf 10 pF kommt nicht mehr als eine Steigung von 1V/ms bei raus.

Hallo Besserwessi!

Deine tolle Idee sehe ich am einfachsten als Optokopler mit einer Fotodiode. Für mich ist das Rauschen bei 10 nA sowieso nicht messbar. Vielleicht wird es noch bei 100 kHz genug schnell und ausprobieren muss man das ganze sowieso ... :)

MfG

Wenn man das eine Ende des Höchstohmwiderstandes unmittelbar
kürzestmöglich an die Stelle plaziert, wo dieser kleine Strom gebraucht wird
und an das andere Ende beispiesweise eine 5V-PWM. Wäre das möglich?
VG Micha

Hallo!

Laut meiner Erfahrung wegen Montagekapazitäten leider nicht ... :(

Bei der Entwicklung meines aktiven Tastkopfes ( https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?t=44240 ) war sogar die Kapazität zwishen zwei Stiften in einer Leiste zu groß und musste für HF kompensiert werden ... ;)

MfG

Kannst du mal einen Link auf das Datenblatt von dem CCD posten? Da muss die Anforderung an das Eingangssignal ja irgendwie dokumentiert sein.

Hi, Danke schonmal für die vielen Ideen. Ich mach mich mal Dienstag an ein paar Konzepte. Das Datenblatt ist was das angeht leider ziemlich nutzlos:
http://www.alldatasheet.com/datashee...TSU/S7010.html
Der Pin mit den 20nA heißt ISH.
Full Well-Cap. 600.000e-> 1,6*10^-19+600k*100KHz-> 10 nA

Für die 10^-13 As an Ladung gibt es noch die Möglichkeit einen 1 pF Kondensator auf 0,1 V aufzuladen. Das ist aber schon anspruchsvoll, und in der Größenordnung der Ladungsinjektion bei CMOS-schaltern.

Muss der Strom denn gepulst sein ? Übernimmt das nicht auch schon das CCD ? Ein kontinuierlicher Strom von 10 nA ist ja keine größeres Problem.

Vor allem, warum der "Test point" ISH (8. Seite im DB) soll überhaupt versorgt werden ? ;)

MfG

Ich benutze den Chip nicht als CCD-Array. Ich teste eine andere Funktionsweise, für die ich diese 500k-600k Elektronen einspeisen muss.
Das mit der Ladungsinjektion klingt interessant, nur ist nicht alleine schon die Montagekap. um die 2 pF?
Ob die Stromquelle Taktbar sein muss oder nicht muss noch geklärt werden, kann aber nicht schaden sie taktbar zu gestalten soweit möglich, konstant kann man sie dann immer noch per Software machen.
Ich hatte mir folgendes überlegt um den Gigaohmwiderstand zu vermeiden, und um der Laden die Möglichkeit zum abfließen zu lassen (Bild)

Hallo CCDFFT!

Deine Idee scheint sehr gut zu sein ! :)

Montagekapazität um 2 pF ist theoretisch möglich aber praktisch eher nicht. Um die Zeitkonstante, die die Flanken "glättet", zu verringern, ist kleiner serieller Widerstand praktisch die einzige Möglichkeit. Deswegen deine Schaltung hat beste Chancen, so wie von dir gewünscht, zu funktionieren ... :)

Im HF Bereich sind Schiebepotis, wegen eigene Induktivität, viel besser als Drehpotis. Beim 100 kHz Rechteck muss man schon min. 1 MHz berücksichtigen.

Übrigens, ich habe bei enfremdeter Benutzung vom EPROM durch variable Impulslänge fast einzelne Elektronen injizieren können. Vielleich lässt sich PWM bei deiner Schaltung anwenden um den Poti zu eliminieren. ;)

MfG

Ganz so weit wird man nicht runter gehen dürfen mit der Spannung. Schon für den Übergang zum Chip muss man mit Unsicherheiten in der Spannung von ein paar µV rechnen. Realistischer wäre also eine Spannung von einigen mV und ein Widerstand von 1 MOhm.

Die CCD zelle hat auch nur eine endliche Kapazität die 600 000 Elektronen entsprechen auch schon einer gewissen Spannung. Man kann die Ladung also durch die Spannung oder den Strom festlegen.

Ein Widerstand 1 Mohm würde theoretisch noch mit 1 pF Montagekapazität gehen, was aber praktisch leider unmöglich ist. ;)

MfG