Announcement: there is an English version of this forum on Hallo, zur Überprüfung des Ein- und Ausschaltverhaltens meiner Schaltung (analog) benötige ich ein Rechtecksignal mit sehr steilen Flanken. Die Umschaltzeit von "Lo" auf "High" sollte kleiner als 1 ns (!) sein. Die Frequenz des Rechtecksignals spielt dabei keine allzu große Rolle. Sie könnte sogar im Hz-Bereich liegen. Die Spannung des Rechtecksignals sollte entweder zwischen -280 mV und +280 mV oder zwischen 40 mV und 600 mV "schalten" (an 50 Ohm). Wie kann ich einen Signalgenerator mit derart steilen Flanken am einfachsten realisieren? Ist es sinnvoll an einen Signalgenerator bzw. Quarzoszillator einen Schmitt-Trigger und anschließend eine Treiberstufe anzuschließen. Beides würde ich mittels OPs realisieren. Irgendwie habe ich den Verdacht, dass selbst wenn ich einen OP mit einer "unity gain bandwidth" von 2 GHz nehme und diesen als Schmitt-Trigger verschalte die Schaltung viel zu langsam arbeiten wird, da der OP in diesem Fall mit hoher Verstärkung arbeitet. Habt Ihr hierzu ggf. praktische Erfahrungen? Mit freundlichen Grüßen Guido
Es gibt Komperator ICs auf ECL Basis. Die könnten eventuell so schnell sein. Aber 1 nSek ist schon sehr sportlich. Eventuell mal bei Hittite.com schauen, ob die sowas haben. Die bauen Ics die bis mehrer 10 GHz abdecken. Ralph Berres
Guido C. schrieb: > sehr steilen Flanken. Die > > Umschaltzeit von "Lo" auf "High" sollte kleiner als 1 ns (!) sein. Die > > Frequenz des Rechtecksignals spielt dabei keine allzu große Rolle. Sie > > könnte sogar im Hz-Bereich liegen. Schau mal nach den Schaltungen von Pulsgeneratoren Tektronix 28x Serie aus den 70ern . Liegen so um die 0.25 ns
1 ns ist schon recht schnell. Mit einigen schnelleren Logic ICs (74ABT..., 74AHC....) könnte man das gerade noch schaffen. Müßte man mal ein passendes Datenblatt finden wo das auch angegeben wird. Die Anpassung auf 50 Ohm und den Pegel müßte man dann passiv durch Widerstände machen.
Am sinnvollsten ist ein ECL-Komparator, etwa der MAX 9601 oder AD96687 (??), es gibt auch noch andere. Mit dem Maxim baue ich gerade etwas auf, das mehr als 500 mV Amplitude an 50 Ohm bringen soll, unter 300 psec Ansiegszeit, ich setze halt noch ein Transistor-Differenzpärchen dahinter. Soll es noch schneller gehen: Einfach eine Tunneldiode nehmen, da habe ich was in der geforderten Amplitude mit 25 psec, ein TEK S51. Käuflich gibt es den TEK 109 bzw. 110, die machen unter 250 psec mit einem mechanischen Quecksilbeerelais, bei etwa 700 Hz, das geht bis über 100 Volt an 50 Ohm, sieht sogar einigermaßen gut aus, wenn man es mit einem schnellen Scope anschaut. Natürlich benötigt man zum Sehen der 1 nsec ein Scope mit mindestens 500 MHz Bandbreite, mehr ist besser.
1 ns ist kein grosses Problem wenn man einen PECL-Baustein verwendet. Meine Empfehlung waere MC100EP16 von Onsemi - der hat Anstiegszeiten von ca. 150ps (10%/90%), also mehr als ausreichend fuer Deine Zwecke, und den gibt es in hobbyfreundlichem SOIC-Ghaeuse. Und ausserdem als gratis-Sample erhaeltlich. Wenn Du den Ausgang mit einem DC-Block (Serienkondensator) versiehst, dann hast Du ein Ausgangssignal, das zwischen ca. +400mV und -400mV schaltet. Wenn Du den Baustein mit 5V betreibst und die Ausgaenge mit ca. 150 Ohm Pulldown-Widerstaenden versiehst, brauchst Du nicht mal eine VBB-Spannungsversorgung. Onsemi hat eine Application-Note ueber ECL/PECL-Terminierung mit allen Details. Es gibt auch den MC100EP16VS, der hat sogar einen analogen Steuereingang mit dem man die Amplitude zwischen ca. 70mV und 800mV einstellen kann. Habe beide Teile schon oft verwendet, die funktionieren prima. Wolfgang
In ECL-Technik kein Problem. Fertiger Baustein oder diskret mit schnellen Transistoren aufgebaut. Die Kunst ist das ganze nicht durch Signalführung / Messung zu verhunzen.
Stephan schrieb: > Die Kunst ist das ganze nicht durch Signalführung / Messung zu > verhunzen. So siehts aus. Da fährt man mit dem oben zitiertem SOIC nicht sonderlich gut.
Pothead schrieb: > Stephan schrieb: >> Die Kunst ist das ganze nicht durch Signalführung / Messung zu >> verhunzen. > > So siehts aus. Da fährt man mit dem oben zitiertem SOIC nicht sonderlich > gut. Na so schlecht ist das Gehäuse nun auch nicht. tau = 5nH/50Ohm = 0,1ns Selbst wenn wir die doppelte Induktivität hätten, dann wären wir immer noch noch voll im grünen Bereich.
Pothead schrieb: > Stephan schrieb: >> Die Kunst ist das ganze nicht durch Signalführung / Messung zu >> verhunzen. > > So siehts aus. Da fährt man mit dem oben zitiertem SOIC nicht sonderlich > gut. Letzteres stimmt absolut nicht. Die 150ps (und besser) habe ich bei meinen eigenen Aufbauten mit dem MC100EP16 in SOIC gemessen (montiert auf vierlagige Wald-und-Wiesen-Boards aus FR-4), ist also praktisch vollkommen realistisch erreichbar, auch fuer Hobbyelektroniker. 1 GHz entspricht ca. 15cm Wellenlaenge auf dem Board (Annahme: effektives eps_r ca. 4), da sind selbst SOIC-Abmessungen vernachlaessigbar klein dagegen - und beim Loeten macht SOIC mehr Spass als TQFP oder BGA). Ausserdem, wenn man eine typisches 4-lagiges Board verwendet (oberstes Dielektrikum ca. 0.3mm dick), ist die Leiterbahnbreite fuer eine 50-Ohm-Microstrip-Leitung ca. 0.5mm - das passt perfekt zu den Pinabstaenden bei SOIC. Wenn man lieber ein zweilagiges Board verwendet (1.6mm dick), dann ist die Leiterbahn 3mm breit, das ist eher unangenehm. Man kann aber einen "coplanar Waveguide with Ground" machen, damit kriegt man die Leiterbahbreite auf 1-1.5mm runter (muss allerdings genug GND-Vias auf beiden Seiten machen, die die GND-Planes oben und unten verbinden). Sehr kurz vor dem Bauteil muss man die Leiterbahn auf die Anschlussbeinchen-Breite entsprechend verjuengen. Habe ich ebenfalls schon gemacht mit ganz vergleichbaren Ergebnissen fuer die Anstiegszeit. Was wirklich wichtig ist - auf jeden Fall muss die Leitung mit kontrollierter Impedanz gefuehrt werden, also Microstip (wenn die Leiterbahn auf den Oberflaeche ist) oder Stripline. Also mit solider Referenzflaeche (GND-Plane) unter der Leiterbahn. Freifliegende Verdrahtung geht da nicht. Alternativ kann man auch ein duennes Koax-Kabel an die Beinchen loeten. Die Bauteile (Pulldown-Widerstaende, DC-Block-Kondensatoren) sollten SMD sein, damit man nicht zuviel Parasitics einfaengt. 0402 passt pefekt zu der 0.25mm Leiterbahnbreite, aber selbst 0805 funktioniert bei den Anstiegszeiten noch vernuenftig. Bei Detailfragen helfe ich gerne. Ich arbeite beruflich mit Digitalsignalen bis runter auf ~10ps Anstiegszeit, kann also sicher ausreichend Tips geben. Wolfgang
Helmut S. schrieb: > tau = 5nH/50Ohm = 0,1ns Für ein Pin? Ist ja nicht nur einer in den (/aus dem) im Fall der Fälle Strom fließt - es sind mindestens zwei. Also hast du ohnehin schonmal das doppelte L. Zudem ist das SOIC Package recht groß, im Extremfall ist der Versorgungspin am anderen Ende zum Ausgangspin. Also muss der Saft quer durch's Gehäuse, hoch erhoben über der Massefläche. Kann gehen, muss aber nicht; ich würde es nicht drauf ankommen lassen.
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MC100EP16_Treiberstufe.PNG
8,1 KB
Dann hier also mal harte Daten fuer die Zweifler: Anbei mein Layout fuer den zweilagigen Aufbau mit dem MC100EP16VS (also mit einstellbarem Ausgangshub); Dateien sind im Express-PCB-Format, kann man aber leicht in jedem anderen Layout-Programm nachzeichnen - soooo aufwendig ist das Board nicht. Das Ding steht aufgebaut in meinem Labor und liefert Anstiegszeiten/Abfallzeiten von 140ps. Mit den 43-Ohm-Serienwiderstanden hat man 50 Ohm Ausgangsimpedanz (ECL/PECL-Treiber haben ca. 7-8 Ohm Innenwiderstand - 7+43=50 Ohm). Der Preis fuer die Anpassung ist ein nur ca. halb so grosser Spannungshub am Ausgang (ca. 400mV in eine 50-Ohm-Last). Wenn man goesseren Hub braucht und mit 7 Ohm Quellimpedanz leben kann, dann einfach die 43-Ohm-Widerstande durch 0-Ohm-Widerstaende (oder Drahtbruecken) ersetzen. Eingang ist single-ended, ein Minicircuits-Trafo wandelt das in ein differentielles Eingangssignal um. Das begrenzt natuerlich die minimale Eingangfrequenz, sollte aber fuer die gegebene Anwendung kein Problem sein. Die Signalbahnen sind als 50-Ohm-Leitungen (coplanar waveguide with ground) ausgefuehrt. Bei Interesse - ich glaube, ich habe noch ein, zwei unbestueckte Boards in Reserve, sowie die noetigen Bauteile. Kann ich gegen Unkostenbeitrag zusammenbauen. Das ist billiger als Board und Bauteile selber bestellen. Ausserdem kann ich es im Labor auf Funktion durchmessen (vor allem Anstiegszeit, Signalform). Wolfgang
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Hier auch noch der Schaltplan als PNG (fuer alle, die ExpressPCB nicht installiert haben). Der Einganstrafo ist ein Minicircuits ADTT1-1 (sehr breitbandig, hatte ich gerade herumliegen und passte gut fuer meine Anwendung). Alle SMD-Bauteile sind hobbyfreundliche 0805-Packungen (was auch beweist, dass es wie behauptet mit so grossen Dingern funktioniert). Das Layout koennte man sicher noch etwas sauberer machen, ich brauchte es seinerzeit kurzfristig fuer einen Versuch und habe das ganze in einem Nachmittag zusammengeschustert. Der Aufbau war fuer 3.3V Versorgungsspannung vorgesehen. Wenn man es mit 5V betreiben will, eventuell die 120-Ohm-Pulldowns mit 150-180 Ohm ersetzen (ist aber nicht superkritisch). Wolfgang
Pothead schrieb: > So siehts aus. Da fährt man mit dem oben zitiertem SOIC nicht sonderlich > gut. Soo schlimm ists jetzt auch wieder nicht. Gesockeltes DIP würd ich dafür dann allerdings auch nicht mehr nehmen. Kontrollierte Impedanz ist allerdings Pflicht. Mal eben den Oszi-Tastkopf ranhalten funktioniert nicht.
>Das Ding steht aufgebaut in meinem Labor und liefert >Anstiegszeiten/Abfallzeiten von 140ps. Wie hast du das gemessen, wenn ich fragen darf? Kai Klaas
Kai Klaas schrieb: >>Das Ding steht aufgebaut in meinem Labor und liefert >>Anstiegszeiten/Abfallzeiten von 140ps. > > Wie hast du das gemessen, wenn ich fragen darf? > > Kai Klaas Mit Tektronix TDS8200-Oszilloskop mit einem 80E10 Sampling Head (50 GHz Bandbreite bzw. <15ps Anstiegszeit). Netterweise stehen solche Dinger an meinem Arbeitsplatz herum. Selberkaufen ist da ja nicht wirlich eine Option :-) Man kann sich aber - zugegebenermassen mit ein bisschen Arbeit - selber ohne grosse technische Probleme ein einfaches Samplingscope zusammenbauen, wenn man ein differentielles PECL-Flip-Flop as Sampler verwendet. Das Treibersignal kann man dann einmal in den True-Dateneingang schicken und einmal - passend verzoegert - in den Clock-Eingang. Dann mit 100-Mhz-Signal speisen und mit zwei unterschiedlichen Schwellwerten (an den Complement-Dateneingang angelegt - das Flip-Flop arbeitet somit als Komparator + Latch) das Delay durchscannen und den Triggerzeitpunkt bestimmen, die Differenz der beiden Delay-Einstellungen liefert die Anstiegszeit. Ca. 3 GHz Bandbreite sind mit so einem Aufbau durchaus moeglich (habe sowas aehnliches selber als Reflektometer im Einsatz). Als Delay-Line eignet sich z.B. die MC100HC195 PECL-Delayline von Onsemi. Gesamtaufwand fuer so ein Geraet sind ein paar Hunderter inkl. 4-Lagen-Board - nicht geschenkt, aber ein winziger Bruchteil eines "echten" 3-GHz-Oszis. Wolfgang
>Mit Tektronix TDS8200-Oszilloskop mit einem 80E10 Sampling Head (50 GHz >Bandbreite bzw. <15ps Anstiegszeit). Netterweise stehen solche Dinger an >meinem Arbeitsplatz herum. Jetzt glaube ich dir... Kai Klaas
Kai Klaas schrieb: > Jetzt glaube ich dir... Ich auch. Wenn ich hierzu ein Scope-Snapshot sehe bin ich noch überzeugter, sei doch so gut Wolfgang.
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Scope_Display.png
8,3 KB
Hallo, Leider kommt ich erst heut dazu auf Eure Beiträge zu reagieren. Vielen Dank für Eure Unterstützung. Ich werde den Lösungsansatz über ECL weiter vorfolgen. Wolfgang hat ja bereits gezeigt, dass es funktioniert. In der Application Note "Interfacing with ECLinPS" von On Semiconductor wird auf Seite 6 (Figure 18) gezeigt wie der MC100EP16 (3.3-5V ECL Differential Receiver-Driver) als Schmitt Trigger mit einer Hysteres von 228 mV verschaltet werden kann. http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/AND8066-D.PDF Zusammen mit einigen Anregungen aus dem Schaltplan von Wolfgang wird daraus genau die Schaltung, die ich suche. Die Realisierung wird jedoch noch etwas auf sich warten lassen müssen, da ich derzeit wenig Zeit dafür habe. Schaltzeiten im Nanosekundenbereich sind mit Bauteilen im SOIC-Gehäuse durchaus erreichbar. Ich habe Euch als Beweis ein Scope-Screenshot einer von mir realisierten Schaltung angehängt. Bei der Schaltung handelt es sich um eine spannungsgesteuerte Stromquelle. Sie wurde mittels OP im SOIC8-Gehäuse realisiert. Sie ist auf einer zweilagigen Leiterplatte aus FR-4 (Dicke von 1,5 mm) aufgebaut. Zum Screenshot: Kanal 1 (gelb) zeigt das Eingangssignal. Kanal 2 (cyan) zeigt den Strom durch einen 10 Ohm Shunt-Widerstand am Ausgang der Schaltung. Das Ausgangssignal wurde mit einem Differenztastkopf (P6247, Tektronix, 1 GHz) gemessen. Die wesentlichen Einstellungen des Oszilloskops (leider nicht meins) könnt Ihr dem Screenshot entnehmen. Für alle die sich jetzt fragen: LeCroy-Scope mit aktivem Tektronix-Tastkopf geht das? Ja, allerdings benötigt man hierfür eine externe Spannungsversorgung für den Tastkopf. Mit freundlichen Grüßen Guido
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