Die meisten Hardware-Ingenieure schauen nur auf die Schlagzeile Geschwindigkeit. Sie sehen eine schnelle Anstiegszeit und denken, dass sie damit fertig sind. Aber in der realen Welt - wo es Staub, Kabelkapazit\u00e4ten und leicht falsch ausgerichtete Laser gibt - wird Ihnen diese mangelnde Aufmerksamkeit f\u00fcr die gesamte Reaktionszeit des optischen Schalters zum Verh\u00e4ngnis. Heute werden wir die Vorg\u00e4nge im Inneren dieser Komponenten genauer unter die Lupe nehmen und herausfinden, warum Ihre Z\u00e4hlger\u00e4te versagen und wie Sie Ihre Detektoren richtig auslegen.<\/p>\n\n\n\n
Das schmutzige Geheimnis der Reaktionszeit optischer Schalter<\/h2>\n\n\n\n
Lassen Sie uns gleich eine kontroverse Meinung aus dem Weg r\u00e4umen: Wenn man f\u00fcr Avalanche Photodioden (APDs) viel Geld bezahlt, nur um eine schnellere Reaktionszeit von optischen Schaltern zu erhalten, wirft man in der Regel das Geld zum Fenster hinaus. F\u00fcr 90% der industriellen Automatisierung, Z\u00e4hlmaschinen und Sortierb\u00e4nder braucht man keine APDs. Sie sind laut, erfordern l\u00e4stige Hochspannungsvorspannungsschaltungen und driften bei Temperatur\u00e4nderungen.<\/p>\n\n\n\n
Was Sie wirklich brauchen, ist ein solides Verst\u00e4ndnis daf\u00fcr, wie sich Standarddetektoren verhalten und wie Sie Ihre Schaltung um sie herum optimieren k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n
Wenn wir von der Reaktionszeit eines optischen Schalters sprechen, meinen wir eigentlich die Zeit, die der Detektor braucht, um aufzuwachen, zu erkennen, dass Licht auf ihn trifft, ein Nutzsignal auszugeben und dann - vor allem - wieder in den Schlaf zu gehen, wenn das Licht aufh\u00f6rt.<\/p>\n\n\n\n
Aufschl\u00fcsselung der Anstiegszeit (tr)<\/h3>\n\n\n\n
Die Anstiegszeit (oft als tr geschrieben) ist die Zeit, die das Ausgangssignal Ihres Sensors ben\u00f6tigt, um von 10% auf 90% seines maximalen Spitzenwerts zu springen, nachdem das Licht auf ihn trifft. Stellen Sie sich das wie die Reaktionszeit eines Sprinters vor, der die Startbl\u00f6cke verl\u00e4sst.<\/p>\n\n\n\n
In einer perfekten Umgebung w\u00fcrde die Reaktionszeit Ihres optischen Schalters ausschlie\u00dflich von der Laufzeit der Ladungstr\u00e4ger (Elektronen und L\u00f6cher) bestimmt, die sich durch den Verarmungsbereich der Diode bewegen. Die Formel f\u00fcr diese transitzeitbegrenzte Anstiegszeit l\u00e4sst sich ganz einfach in Ihren Taschenrechner eingeben:<\/p>\n\n\n\n
tr = 0,35 \/ BW<\/p>\n\n\n\n
(wobei BW die Bandbreite Ihres Systems ist).<\/p>\n\n\n\n
Der wahre Feind: Herbstzeit (tf)<\/h3>\n\n\n\n
An dieser Stelle f\u00e4llt das Marketing-Ged\u00f6ns auseinander. Die Hersteller prahlen gerne mit tr. Aber sie verschweigen oft die Abfallzeit (tf), d. h. die Zeit, die das Signal braucht, um von 90% wieder auf 10% abzufallen, wenn das Licht entfernt wird.<\/p>\n\n\n\n
Warum verstecken sie es? Weil die Fallzeit fast immer langsamer ist als die Anstiegszeit.<\/p>\n\n\n\n
Wenn Licht auf eine Fotodiode trifft, entstehen Elektronen-Loch-Paare. Elektronen sind schnell. Sie rasen schnell durch den Verarmungsbereich. L\u00f6cher hingegen sind tr\u00e4ge. Sie ziehen sich hin. Wenn Ihr Licht au\u00dferhalb des Verarmungsbereichs in das nicht verarmte Silizium eindringt, m\u00fcssen die dort erzeugten Ladungstr\u00e4ger au\u00dferdem langsam zur\u00fcckdiffundieren. Dieser \u201cDiffusionsschweif\u201d ruiniert die Reaktionszeit Ihres optischen Schalters vollst\u00e4ndig. Sie haben vielleicht eine Anstiegszeit von 1 Nanosekunde, aber eine Abfallzeit von 15 Nanosekunden. Wenn Ihre Z\u00e4hlausr\u00fcstung nach sauberen, quadratischen Impulsen sucht, f\u00fchrt dieser lange Schweif dazu, dass Ihr System zwei schnelle Objekte als ein einziges, langes Objekt registriert.<\/p>\n\n\n\n
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