Temperaturkorrektur Spannungsversorgung

[NuclearPhoenix]

Hallo,

gibt es unter euch vielleicht jemanden der einen Silizium Photomultiplier verwendet und die Spannung entsprechend der Temperatur korrigiert?

Die SiPMs die ich verwende haben eine Änderung von ca 22mV/°C und da kann es durchaus sinnvoll sein, das zu korrigieren wenn man das nicht nur zu Hause betreiben will. Ich habe aber nicht besonders viel dazu gefunden, vielleicht habt ihr ein wenig Input (Schaltungen, Ideen, etc.)?

[Henri]

Welche SiPM benutzt Du denn, und wo kaufst Du die? Ich wollte mich da auch mal mit beschäftigen, fühle mich allerdings noch etwas erschlagen von der Modellvielfalt auf der einen Seite und der geringen Anzahl an Händlern für Privatkunden andererseits.

Viele Grüße!

Henri

[DG0MG]

Der "DoZer": https://www.geigerzaehlerforum.de/index.php/topic,751.0.html

kann zumindest vom Prozessor aus über einen D/A-Wandler in die Bias-Spannungserzeugung eingreifen, vermutlich, um die Spannung in kleinen Grenzen zu ändern?

[NuclearPhoenix]

Welche SiPM benutzt Du denn, und wo kaufst Du die? Ich wollte mich da auch mal mit beschäftigen, fühle mich allerdings noch etwas erschlagen von der Modellvielfalt auf der einen Seite und der geringen Anzahl an Händlern für Privatkunden andererseits.

Viele Grüße!

Henri

Ja da gibt es einige, ich benutze die 6mm MICROFC-60035 von onsemi (ehemals SensL): https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/microc-series-d.pdf


Das ist meines Wissens nach eine recht beliebte SiPM, die auch für meinen Anwendungsfall mit NaI Szintillator einwandfrei funktioniert. Dadurch dass es aber eine der empfindlichsten Varianten ist, ist das Ding auch dementsprechend teuer -- 80€ pro Stück bei Mouser zum Beispiel. Und ich habe so das Gefühl, dass die mit der Zeit auch immer teurer werden dank den Lieferproblemen. Kann ich aber ansonsten wirklich empfehlen, wenn sonst keine Wünsche mehr offen bleiben sollen

https://www.mouser.at/ProductDetail/onsemi/MICROFC-60035-SMT-TR1?qs=byeeYqUIh0MxSRIaBcfS6g%3D%3D

Der "DoZer": https://www.geigerzaehlerforum.de/index.php/topic,751.0.html

kann zumindest vom Prozessor aus über einen D/A-Wandler in die Bias-Spannungserzeugung eingreifen, vermutlich, um die Spannung in kleinen Grenzen zu ändern?

Sehr interessat, an einen DAC habe ich auch schon gedacht. Das wäre vielleicht das einfachste, aber gefällt mir ehrlich gesagt nicht besonders extra den DAC nur deswegen anzuschaffen. Vielleicht gibt es da noch elegantere Lösungen mit NTC oder PTC Thermistoren

[Henri]

Ja da gibt es einige, ich benutze die 6mm MICROFC-60035 von onsemi (ehemals SensL): https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/microc-series-d.pdf


Das ist meines Wissens nach eine recht beliebte SiPM, die auch für meinen Anwendungsfall mit NaI Szintillator einwandfrei funktioniert. Dadurch dass es aber eine der empfindlichsten Varianten ist, ist das Ding auch dementsprechend teuer -- 80€ pro Stück bei Mouser zum Beispiel. Und ich habe so das Gefühl, dass die mit der Zeit auch immer teurer werden dank den Lieferproblemen. Kann ich aber ansonsten wirklich empfehlen, wenn sonst keine Wünsche mehr offen bleiben sollen

https://www.mouser.at/ProductDetail/onsemi/MICROFC-60035-SMT-TR1?qs=byeeYqUIh0MxSRIaBcfS6g%3D%3D

Danke, das klingt gut! Die anderen Modelle sind ja auch nicht so viel billiger, und ich gebe mein Geld auch lieber für Dinge aus, die ihre Sache ordentlich machen.

Im Datenblatt sind noch mal eine ganze Reihe an Dokumenten verlinkt, die einen guten Einstieg ins Thema geben. Interessant finde ich, dass man die Teile tagelang backen muss, bevor man lötet, wenn sie nicht in einer dampfdichten Umverpackung geliefert wurden. Hoffentlich hat der Lieferant das auf dem Schirm, ich kann ja nicht eine Woche lang den Backofen blockieren... 

Viele Grüße!

Henri

[NuclearPhoenix]

Um das vielleicht noch für die Nachwelt zu dokumentieren: Das einzig praktikable, was mir außer dem DAC noch eingefallen ist, sind (lineare) analoge Temperatursensoren mit Differenzverstärker dahinter. Ein ganz tolles Teil ist zum Beispiel der LM335Z (mit ~10mV/K).

An den invertierenden Eingang hängt man die Sensorspannung, an den nicht-invertierenden eine Referenzspannung über dem Sensor, welche letztendlich die maximal mögliche Temperatur vorgibt (bis dahin ist die Differenzspannung positiv). Die Feedbackwiderstände setzt man dann noch so, dass zum Beispiel die Änderung 20mV/K beträgt oder was man halt braucht. Das Signal kann man dann komplett analog zu einem DAC Signal weiterverarbeiten (z.B. eben wie bei DoZer).

[axelroro]

Hallo,
könnte man die Temp compensation vielleicht einfach rechnerisch im uC lösen?

Z.b. die Temperatur digital mit DS18B20 mit 12 bit auslesen. Genauigkeit ist ,,nur" 0.5K, aber die Auslösung ist 0,0625K bei 12bit.
Die Berechnung könnte sich anlehnen an:
https://hub.hamamatsu.com/us/en/technical-notes/mppc-sipms/how-does-temperature-affect-the-gain-of-an-SiPM.html

Oder übersehe ich da etwas?

Grüsse und weiter so mit Deinem tollen Projekt!

Axel

[NuclearPhoenix]

Naja, rein nur vom Mikrocontroller aus die Ergebnisse verändern wird schwierig. Was würdest du denn mit den Temperaturdaten machen wollen? Was ich ja verändern möchte ist die Spannung, die am SiPM anliegt und nicht die Spannung die mir die Pulse letztendlich bringen.

Das geht, wenn überhaupt, sicher nur mit einem Gerät, das man komplett durchcharakterisiert hat, und wo man sich sicher sein kann, dass nichts umgestellt wird (schon gar nichts vom Nutzer über Potis, von denen der uC nix weiß). Und dafür müsste man den Einfluss der SiPM Spannung auf die Ausgangspulse kennen, und das am besten für alle möglichen Pulshöhen.

Keine Ahnung wie sowas realisierbar sein soll. Ich glaube da ist es deutlich einfacher, in den DC/DC Wandler einzugreifen 

[NuclearPhoenix]

Dank einem australischen Kollegen, Sebastian D'Hyon, hat sich das Problem scheinbar gelöst. Er hat mir folgendes Paper von Evgeny Kuznetsov (USA) geschickt, in dem eine passive und wirklich erstaunlich einfache Schaltung zur Temperaturkorrektur beschrieben und getestet wird. Das ganze liefert am Ende über einen relativ weiten Bereich, auch bei verschiedenen Eingangsspannungen um 29/30 Volt herum eine Kurve von ~21 mV/K, was z.B. perfekt für die MicroFC SiPMs ist.

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168900217312895

Das ganze ist leider typischerweise entweder hinter einer Paywall oder man hat eh Zugriff über die jeweilige Institution, wenn man z.B. zu einer Uni gehört. Daher kann ich auch keine Bilder entnehmen und hier posten, leider...

Was ich sagen kann ist, dass das ganze auf einem 10k NTC basiert, also komplett ohne Software oder sonstige fehleranfällige Spielereien!
Dazu kommen noch 2 Transistoren, ein 5V Referenzspannungschip und ein paar wenige Widerstände und Kondensatoren. Das sind so wenige Teile, dass ich das ohne große Probleme auf mein existierendes MicroFC SiPM Carrier Board montieren konnte.

Sebastian hat jetzt ein paar ausführliche Tests dazu gemacht und es scheint alles - zumindest im Bereich von ca. 10°C bis 40°C - super zu passen. Dazu dann später noch mehr, wenn es um die neue Version vom Board geht. Dann seht ihr auch die konkrete Schaltung

[DL4LNX]

Das heisst ganz einfach gesprochen, dass die Lösung ein passiv sich durch Temperatur anpassender Spannungsteiler ist? oder bin ich da gedanklich ganz falsch abgebogen?

[NuclearPhoenix]

Vom Prinzip her ja, genau. Die Schwierigkeiten hier sind nur, dass die Schaltung selber so wenig Strom wie möglich verbraucht (Eigenerwärmung), dass die SiPMs natürlich auch eine Last am Spannungsteiler sind, und dass das ganze so linear wie möglich ist.

[DG0MG]

Evgeny Kuznetsov

Hat der einen Bruder namens Arseniy? Oder ist Kuznetsov sowas wie Müller, Meier oder Schmidt? 

[Kermit]

Oder ist Kuznetsov sowas wie Müller, Meier oder Schmidt?

Na so selten ist der Name nicht:

Der erste Treffer bei G**gle liefert einen Eishockeyspieler, bekannt ist auch eine Generaloberst der roten Armee mit Namen Kuznetsov 

[kater]

Das ganze ist leider typischerweise entweder hinter einer Paywall oder man hat eh Zugriff über die jeweilige Institution, wenn man z.B. zu einer Uni gehört. Daher kann ich auch keine Bilder entnehmen und hier posten, leider...

Ahem... räusperSci-Hubräusper... 

[miles_teg]

Das ganze ist leider typischerweise entweder hinter einer Paywall oder man hat eh Zugriff über die jeweilige Institution, wenn man z.B. zu einer Uni gehört. Daher kann ich auch keine Bilder entnehmen und hier posten, leider...

Ahem... räusperSci-Hubräusper... 

hust-gibts sogar als Telegram bot-hust, hust.