Silizium Photomultiplier (SiPM) sind eine ganz tolle Sache und dürften noch nicht von vielen verwendet werden. Nachdem ich jetzt schon einiges damit gebastelt habe (z.B. https://www.geigerzaehlerforum.de/index.php/topic,974.0.html) würde ich da gerne einen modularen Weg einschlagen. Ich habe mir überlegt dafür ein eigenes Board zu entwerfen an das man sein SiPM ansteckt, die sensible Datenverarbeitung am Board passiert und dann beliebige weitere Ausleseelektronik angeschlossen werden kann (z.B. ein µC mit ADC).

Gibts da Ideen und Wünsche was sowas können sollte/müsste?

Angedacht sind: Auf der einen Seite externe Spannung und Reset-Signal rein; Verstärkter Puls, Pulsmaximum und Diskriminator-Signal raus mit einstellbaren Gain, SiPM Spannung und Diskriminator-Schwelle. Auf der anderen Seite 3 Pins für ein SiPM(-board) -- angelehnt an die Dinger hier: https://www.onsemi.com/pdf/datasheet/microc-series-d.pdf

Ich denke, dass es grundsätzlich dafür Bedarf gibt - und wenn nicht, kann man ja versuchen, ihn zu schaffen 

Dabei muss man erstmal im Auge haben, dass die Anzahl der Leute, die Spektrometrie machen wollen, nur ein kleiner Teil der Strahlungsmessfetischisten ist und von diesem Teil will wiederum nur ein kleiner Teil selbstbauen und dann teilt sich diese Gruppe nochmal in PMT-Verwender und SiPM-Bastler auf. Das erklärt das eher verhaltene Interesse an Lösungen wie dem "Nuclear Pioneer" oder dem "DoZer" (schöne Namen übrigens! ). Der Preis eines einzelnen SiPM ist ein weitere Bremse.

Wer Spektrometrie mit SiPM basteln will kann die die Platine von rhelectronics kaufen, den Dozer nachempfinden, oder Deinen Gamma MCA zum Vorbild nehmen. Ich bin nun aber der Meinung, wenn man SiPMs "einsteigertauglicher" machen will, dann muss das kein Spektrometriemodul mit AD-Wandler, Temperaturkompensation und USB-Schnittstelle sein, sondern für den Anfang nur eine Art Zählrohr-Ersatz. BetterGeiger hat irgendsoetwas gemacht (vermutl. aber nicht mit einem SiPM), aber das ist die richtige Richtung. Dann hat man nämlich gleich einen größeren Interessentenkreis: Wetterstationsbetreiber, Mineraliensucher, Arduino-Bastler usw. - alle die, die nur einen "einfachen Geigerzähler" haben wollen. Gut - billiger, als ein SBM-20 wirds wohl nicht werden, aber dafür ein mehrfaches empfindlicher.

Ich stelle mir vor:
Eine längliche, schmale Platine, darauf Platz für einen Szintillator (z.B. einen kleinen NaI(Tl) oder auch Plastik, dann der SiPM, Vorverstärker und Komparator/Impulslänge sowie BIAS-Spannungserzeugung. Letzlich braucht das Ding nur 3 Anschlüsse haben: GND, 5 Volt und TTL-Signal-out. Vielleicht abschaltbar eine LED. Stromaufnahme vielleicht <5 mA oder so? Für die vmtl zwingend nötigen SMD-Bauteile immer die möglichst größte Bauform wählen, das erhöht die Nachbausicherheit. Bei der Bauelementeauswahl nicht nur "das optimalste" nehmen, sondern auch auf Beschaffbarkeit, Lieferant und Preis schauen.

Mir ist eigentlich ein Rätsel, wieso es sowas nicht schon als "Evaluationboard" von den Herstellern gibt. Hey ihr KETEKs, BROADCOMs, ONSEMIs, FIRST SENSORs: Da gibts noch Defizite in den Public-Relation-Abteilungen! Ich will einen SiPM nicht bei Mouser oder Farnell kaufen müssen, sondern bei Reichelt!

Erstmal Danke für deine ausführliche Antwort!

Zitat von: DG0MG am 09. Mai 2022, 13:19Ich bin nun aber der Meinung, wenn man SiPMs "einsteigertauglicher" machen will, dann muss das kein Spektrometriemodul mit AD-Wandler und USB-Schnittstelle sein, sondern erstmal nur eine Art Zählrohr-Ersatz.

Genau das will ich versuchen zu schaffen. Die Elektronik die man zum Ansteuern und ersten Auswerten braucht ist immer dieselbe und alles weitere sollen die Nutzer dann machen. So wie ich das geplant hatte, braucht man da nachher nichtmal mehr viel Elektronik. Man kann die Ausgänge alle an einen Mikrocontroller mit gescheitem ADC legen und ist ready.

Zitat von: DG0MG am 09. Mai 2022, 13:19Dann hat man nämlich gleich einen größeren Interessentenkreis: Wetterstationsbetreiber, Mineraliensucher, Arduino-Bastler usw. - alle die, die nur einen "einfachen Geigerzähler" haben wollen. Gut - billiger, als ein SBM-20 wirds wohl nicht werden, aber dafür ein mehrfaches empfindlicher.

Ja die Kosten sind natürlich schon heftig, alleine der Szintillator ist schon um einiges ( ) teurer, und dann gibts ja noch den SiPM. Aber ja, schon richtig - damit kann man dann auch viel mehr machen.

Zitat von: DG0MG am 09. Mai 2022, 13:19Eine längliche, schmale Platine, darauf Platz für einen Szintillator (z.B. einen kleinen NaI(Tl) oder auch Plastik, dann der SiPM, Vorverstärker und Komparator/Impulslänge sowie BIAS-Spannungserzeugung. Letzlich braucht das Ding nur 3 Anschlüsse haben: GND, 5 Volt und TTL-Signal-out.

Das ist der Plan. Ich weiß nicht, ob ich mit der Platine von rhelectronics mithalten kann, jedenfalls kann die Elektronik die ich hier veranschlage wesentlich schneller sein (wenn man denn möchte) und wenn man sich das selber zusammenlöten möchte, kostet das auch nur einen Bruchteil (alles aus China bei bekannten Händlern --> ca 30€ locker möglich).

Ist die Frage wie man dann ab der Vorverstärkung verfahren will. Entweder man verlangsamt die Pulse und spart sich den Sample and Hold Teil: das wäre dann eher geeignet für bekannte Soundkarten Systeme, aber nicht wirklich was neues. Oder man bleibt bei dem Teil und bekommt eine potentiell deutlich höhere Geschwindigkeit (kommt nur auf den ADC drauf an) und kann mit einem einfachen Mikrocontroller standalone Messungen machen. Also ohne PC, so habe ich das bisher immer gemacht.

Das ist natürlich auch nur eine Frage, wenn man denn Spektroskopie betreiben will. Interessiert einen nur die Zählrate, wird das sehr simpel. Dann kann man sich alles bis auf Diskriminator und Vorverstärker sparen. Davon bin ich aber kein Fan, da spart man sich 5€ in Teilen und ein bisschen Platz und verliert dafür eine ganz grundlegende Funktion.

Zitat von: DG0MG am 09. Mai 2022, 13:19Letzlich braucht das Ding nur 3 Anschlüsse haben: GND, 5 Volt und TTL-Signal-out. Vielleicht abschaltbar eine LED. Stromaufnahme vielleicht <5 mA oder so?

Hab mal eine sehr einfache (Warnung! ) Skizze der Anschlüsse angehängt, so stelle ich mir das vor ähnlich zu deinem Input. RESET, Puls, und Peak Det Signal wären ausschließlich für Gamma Spektroskopie, oder falls man sonst noch was weiter damit machen will. Für den Geiger Mode müsste man nur VCC, GND anschließen und bekäme beim Diskriminator einen digitalen Output.

Stromaufnahme wird schwierig, je nachdem was man dann genau macht braucht der (schnelle) Vorverstärker OPV alleine schon ca 5mA, dann kommen nochmal Komparator und Boost-Converter Strom dazu und was halt der SiPM selber zieht (Dunkelstrom), paar Spannungsteiler, etc. Ich gehe mal davon aus, dass man da in meiner geplanten Ausführung irgendwo bei 20/25mA landet.

Zitat von: DG0MG am 09. Mai 2022, 13:19Mir ist eigentlich ein Rätsel, wieso es sowas nicht schon als "Evaluationboard" von den Herstellern gibt. Hey ihr KETEKs, BROADCOMs, ONSEMIs, FIRST SENSORs: Da gibts noch Defizite in den Public-Relation-Abteilungen! Ich will einen SiPM nicht bei Mouser oder Farnell kaufen müssen, sondern bei Reichelt!

Ich denke mal das ist ein reines Marktproblem wie du am Anfang schon gesagt hast. Selbst bei Mouser gibts von den Dingern immer nur 20-30 Stück permanent verfügbar, für alles weiter muss man Monate warten. Dafür gibts bei "großen" Stückzahlen (25+ Stück, eigentlich ein Witz ) gleich mal 25% und mehr Rabatt. Deswegen: mehr Bedarf dafür schaffen!

Zitat von: NuclearPhoenix am 09. Mai 2022, 15:09Interessiert einen nur die Zählrate, wird das sehr simpel. Dann kann man sich alles bis auf Diskriminator und Vorverstärker sparen. Davon bin ich aber kein Fan, da spart man sich 5€ in Teilen und ein bisschen Platz und verliert dafür eine ganz grundlegende Funktion.

Okay, ich wäre ein absoluter Fan davon.
Weil es das nämlich noch nicht gibt. Die Spektrometriemöglichkeit existiert schon länger, wer das machen will, hats schon gemacht.

Vielleicht müssen wir auch mal noch definieren, was denn ein nachgeschalteter "einfacher Mikrocontroller" ist - da stelle ich mir an der absoluten Unterkante so einen 8-beinigen PIC oder einen ATTiny vor, der mit I2C oder SPI ein OLED-Display treibt (2 Leitungen) und einen oder zwei Taster abfragt. Nix A/D-wandeln, nur Impulse zählen. Da nützt mir einfach eine Platine, die einen Soundcard-Chip für den PC-Anschluss enthält, gar nichts.

Zitat von: DG0MG am 09. Mai 2022, 15:33Vielleicht müssen wir auch mal noch definieren, was denn ein nachgeschalteter "einfacher Mikrocontroller" ist - da stelle ich mir an der absoluten Unterkante so einen 8-beinigen PIC oder einen ATTiny vor, der mit I2C oder SPI ein OLED-Display treibt (2 Leitungen) und einen oder zwei Taster abfragt.

Ich meinte da im Prinzip von "einfach" eher, dass man dafür eben nur einen Mikrocontroller braucht, sonst keine weitere Elektronik. Aber der muss für die Gamma-Spektroskopie schon sehr schnell sein

Nein, aber simple digitale Pulszählung sollte mit einem ATTiny wirklich schon gehen. Es kommt einfach drauf an, wie schnell der ist. Je schneller, desto mehr cps kann man auch erfassen ohne dass er sättigt. Außerdem kommt es natürlich drauf an, was man noch alles daneben macht (Display ansteuern, etc.).
Ich habe mal prinzipiell die mögliche Geschwindigkeit von meinem Arduino Uno (bekanntlich 16MHz) getestet und da konnte ich sogar noch ohne Probleme über 31000 cps messen. Ich denke das reicht wohl, und da hat man mit einem 8MHz ATTiny auch noch genug Potential

Naja, es ging nur um die Einordnung, wie die Zielgruppe (die ich im Kopf habe) vielleicht denkt.
Für manchen ist ja auch ein Ubuntu-betriebener Mini-PC mit Prozessor-Lüfter ein "einfacher Mikrocomputer".

Hast Du auch schonmal mit anderen Szintillationsmaterialien als NaI und CsJ probiert? Muss man da die SiPMs passend zur Wellenlänge auswählen, wie das auch bei PMTs der Fall ist?

Die Bias-Spannung muss offenbar einstellbar sein, um verschiedene SiPMs verwenden zu können - zumindest in einem gewissen Bereich. Ist ein zweites Poti für die Diskriminatorschwelle nötig?

Zitat von: DG0MG am 10. Mai 2022, 16:44Hast Du auch schonmal mit anderen Szintillationsmaterialien als NaI und CsJ probiert? Muss man da die SiPMs passend zur Wellenlänge auswählen, wie das auch bei PMTs der Fall ist?

Nur irgendein Platikszintillator (für Myonen), von dem ich jetzt das genaue Material nicht mehr weiß, sonst nichts. Die Wellenlänge vom Szintillator muss jedenfalls zu der Peak Sensitivity vom SiPM passen. Das ist meistens wie bei PMTs so im Bereich von 450 nm, alles weiter davon weg verringert die Effizienz; funktioniert aber theoretisch auch. Der MICROFC-60035 den ich benutze, hat einen Bereich von 300 - 950 nm, im Anhang mal so ein charakteristischer Graph.

Zitat von: DG0MG am 10. Mai 2022, 16:44Die Bias-Spannung muss offenbar einstellbar sein, um verschiedene SiPMs verwenden zu können - zumindest in einem gewissen Bereich.

Genau.

Zitat von: DG0MG am 10. Mai 2022, 16:44Ist ein zweites Poti für die Diskriminatorschwelle nötig?

Das kommt auch auf den verwendeten SiPM an. Manche haben mehr, andere weniger Dunkelstrom. Außerdem kommt es noch drauf an, wie "lichtdicht" das ganze letztendlich verpackt ist. Die Dinger können ja einzelne Photonen nachweisen, da hat man immer ein Grundrauschen je nach Modell. Wäre das ein Komplettpaket und alles schon fertig installiert, könnte man sich das natürlich getrost sparen, weil einmal eingestellt passt es für alle.

Ist der SiPM irgend wie beschichtet? Der QE Verlauf ist für reines Silizium etwas ungewöhnlich. Das hat sein Maximum eher im Roten. Wieso ist die QE für unterschiedliche Spannungen höher oder niedriger? Das ist doch eine Materialeigenschaft und eigentlich nicht von der Spannung abhängig.

Die QEs von SiPMs, welche ich kenne, verläuft deutlich anders mit einem Maximum im Roten. Das ist auch der Grund, warum die Dinger hauptsächlich mit CsI betrieben werden, denn das hat sein Emissionsmaximum im Grünen und damit recht gut gematcht mit den QE-Verläufen, welche ich kenne. NaI oder ähnliche Szintis emittieren vorwiegend im NUV bis blauen Spektralbereich, was nicht so gut mit der QE der SiPMs harmoniert. Da ich aber natürlich nicht alle SiPMs kenne mag es da durchaus auch welche geben, welche durch entsprechende Beschichtungen kurzwelliger gematcht sind...

Grüße Markus

Zitat von: etalon am 10. Mai 2022, 21:34Ist der SiPM irgend wie beschichtet? Der QE Verlauf ist für reines Silizium etwas ungewöhnlich. Das hat sein Maximum eher im Roten. Wieso ist die QE für unterschiedliche Spannungen höher oder niedriger? Das ist doch eine Materialeigenschaft und eigentlich nicht von der Spannung abhängig.

Das ist kein Graph der QE, das ist die "fertige" Photon Detection Efficiency. Das fließen QE, Füllfaktor und Spannung ein - ergibt also die praktische Wahrscheinlichkeit mit der ein Photon detektiert wird. Dazu kann ich dir das Datenblatt empfehlen: https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AND9770-D.PDF

Die SiPM C-Serie von onsemi, die ich hier immer anspreche, ist speziell für blaues Licht optimiert als drop-in replacement für PMTs. Ob und wie das genau gemacht wird, weiß ich nicht.

Zitat von: DG0MG am 09. Mai 2022, 15:33Okay, ich wäre ein absoluter Fan davon.
Weil es das nämlich noch nicht gibt. Die Spektrometriemöglichkeit existiert schon länger, wer das machen will, hats schon gemacht.

Muss sagen, je länger ich drüber nachdenke desto interessanter finde ich die Idee von so einem Zähler ohne Schnickschnack. So ein 10x5 cm Board, batteriebetrieben (Größenordnung 100h Laufzeit mit 2 AA?), mit 2 Buttons, vielleicht Buzzer und einem OLED Display - gesteuert von einem ATTiny. Das wäre so schon gut möglich. Bei entsprechendem Interesse kann ich mich ja mal hinter Elektronik und Software setzen

Nee, kein Fertiggerät, das würde ich nicht machen. Die Bastler wollen doch selber auch noch was tun. Nur die Sonde. Wie schon geschrieben: 5 V rein, TTL-Impulse raus. Diesen Sensor könnte man dann z.B. an einen AUTOMESS 6150AD, einen FAG FH40F2, einen MyGeiger PRO, eine Wetterstation, einen LORA-Sender, einen ESP32-WLAN, einen Arduino usw. anschließen. Es sollte nur der Ausgangspunkt weiterer Basteleien zu unterschiedlichen Zwecken und in unterschiedlichen Bauformen sein.

Nach den 3 Lötpunkten kann man natürlich trotzdem optional weiterentwickeln

Hm, ja verstehe. Stimmt, das wäre für Bastler natürlich interessanter und vor allem erweiterbar. Würde auch wieder zu dem Titel des Threads passen

Ist auch kein Problem soetwas anzubieten, ist wieder die Frage ob es genug Interessenten für das gibt.

Hab mal so grob drübergeschaut, das wäre gut möglich: 3 - 5.5V rein, TTL-Impulse und evtl. Preamp-Pulse raus. Und dann noch Platz für 2-3 kleine Kabel um die SiPM/Szintillator-Kombi da dranzulöten. Fertig.

Zitat von: NuclearPhoenix am 13. Mai 2022, 16:31ist wieder die Frage ob es genug Interessenten für das gibt.

Ja, das weiß ich auch nicht, aber ich bin sicher, es sind mehr, als bei einem "kompletten" Gerät. Weil einfach die Zahl der EInsatzmöglichkeiten größer ist. BetterGeiger wurde ja auch (und scheinbar nicht nur von uns) gefragt, ob es nicht den Sensor einzeln gäbe.

So, ich hab mich mal dran gesetzt und bin fürs erste mal mit Folgendem verblieben.

Minimalausführung: VCC (3 - 5.5V), GND rein, TLL Pulse raus (INT, gleiche Spannung wie VCC), rechts die Pins für den SiPM - auch hier mindestens 2 Kabel.

Denkt ihr sollte das auf ein normales Steckbrett passen (glaube das war ein 2.54 mm Pitch)? Dann muss ich die Breite noch anpassen, darauf habe ich jetzt nicht geachtet.

Die 3 Potis sind da um die SiPM Spannung (27.5 - 30V), den Preamp Gain (theoretisch 1-101) und das Trigger Level für den TTL Puls einzustellen. Das sind einfach alles Dinge die auf die verwendete SiPM/Szintillator-Kombi und die gewünschte Auflösung, Energie-Range, etc ankommen und deswegen ist das möglichst verstellbar.

Edit: Die Größe sollte ich noch dazuschreiben: ca 32x51mm

Mehr ist da nicht nötig? 

Das sieht ja schonmal gut aus!
Wie lang braucht man vom vorhandenen Schaltplan bis zu den fertig angeordneten Bauteilen auf der Platine?

Keinesfalls möchte ich als Meckerer erscheinen, ich hoffe das kommt nicht so rüber. Aber ein paar kleine Veränderungen würde ich mir wünschen - wenn ich dürfte

Die Anschlüsse könnten besser an den Schmalseiten der Platine sein.
Der Formfaktor der Platine kann ruhig noch etwas schmaler sein. Eine "Probiersonde zum Spielen" wird ja in den meisten Fällen eine eher längliche Bauform haben, z.B. in Elektroinstallationsrohr oder wie bei mir in quadratischem PVC-Profil.  Die Theremino-GA500-Platine ist 26mm breit, das ist kein schlechtes Maß.

Die Widerstandsbauformen: Ich hab jetzt zwar einen gewissen Bestand an Bauteilen, aber das sind kaum SMD-Teile dabei. Ich würde mir also ein Sortiment Widerstände einer möglichst großen Bauform beschaffen müssen, das mit Pinzette und mit "Bastellötspitze" noch gut verarbeitbar ist, z.B. 1210 oder 1206. Auf jedenfall sollte möglichst nur eine Bauform vorkommen. Bei den Werten (die ja jetzt hier noch nicht klar sind) könnte man auch zusehen, einen bestimmten Wert möglichst mehrmals zu verbauen - natürlich nur, sofern das ohne große Kompromisse geht.

Ich hab jetzt noch nie bei PCBWAY oder JLCPCB Platinen bestellt, aber die bestücken ja auch. Hast Du da Erfahrung, ob das sinnvoll ist, sich auf deren eventuelle Einschränkungen oder Bauteile einzulassen?

Zitat von: NuclearPhoenix am 15. Mai 2022, 12:46rechts die Pins für den SiPM - auch hier mindestens 2 Kabel.

Das verstehe ich gerade nicht - meinst Du "zweiadrig abgeschirmtes Kabel" zum SiPM verwenden?