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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 125 MHz Rechtecksignal verstärken


Autor: Simon D. (simon86)
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Hallo!

Ich habe ein Rechtecksignal mit 125 MHz, welches als LVDS Signal aus 
einem FPGA kommt und mit dem ein Sensor angeregt werden soll.

Ich muss den Sensor (ca. 20 kOhm) mit einer möglichst hohen 
Flankensteilheit anregen. Zudem wäre eine "möglichst" große Amplitude 
wünschenswert...

Ich habe vor, den LVDS-CMOS Treiber FIN1002 einzusetzen und werde den 
mal vermessen. Falls das Signal nicht mit der gewünschten 
Flankensteilheit aus dem Treiber kommt habe ich vor einen OP danach zu 
schalten und diesen in die Begrenzung zu treiben...

Hat sonst noch jemand eine Idee welcher Baustein (Treiber, OP, 
Transistor) sich für meine Applikation eignen würde??

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Simon D. (simon86)

>Ich habe ein Rechtecksignal mit 125 MHz, welches als LVDS Signal aus
>einem FPGA kommt und mit dem ein Sensor angeregt werden soll.

Aha

>Ich muss den Sensor (ca. 20 kOhm) mit einer möglichst hohen
>Flankensteilheit anregen. Zudem wäre eine "möglichst" große Amplitude
>wünschenswert...

Definiere große Amplitude. Siehe Netiquette.

>Ich habe vor, den LVDS-CMOS Treiber FIN1002 einzusetzen und werde den
>mal vermessen. Falls das Signal nicht mit der gewünschten
>Flankensteilheit aus dem Treiber kommt habe ich vor einen OP danach zu
>schalten und diesen in die Begrenzung zu treiben...

Klar, weil es a) soviele schnelle OPVs gibt und b) ein übertsteuerter 
OPV auch schnell ist.

Nenene, so nicht min Jung.

>Hat sonst noch jemand eine Idee welcher Baustein (Treiber, OP,
>Transistor) sich für meine Applikation eignen würde??

Beantworte erstmal ein paar grundlegende Fragen, dann kann man die 
vielleicht helfen.

MfG
Falk

P S Schuss ins Blaue. Bei 125 MHz kann ein Miniaturtrafo auf einer 
Ferritperle ggf. sehr einfach sehr gute Ergebnisse bringen. Der braucht 
wahrscheinlich nur 1 Windung primärseitig mit ein paar Dutzend nH. Siehe 
auch Transformatoren und Spulen.

Autor: Simon D. (simon86)
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Falk Brunner schrieb:
> Nenene, so nicht min Jung.

Als ich gebe ja zu, dass ein paar Angaben fehlen, aber jeder Ingenieur 
sollte eigentlich die Aufgabenstellung verstehen...

Aber ich wiederhole sie auch gerne:

Eingangssignal: LVDS, 125 MHz Rechteck Duty Cylce 50 / 50

Ausgangssignal: Single Ended an eine Last von 20 kOhm, wünschenswerte 
Spannung über der Last 1 V und höher... Steile Flanke = Anstiegszeit von 
unter 1 ns...



Falk Brunner schrieb:
> P S Schuss ins Blaue. Bei 125 MHz kann ein Miniaturtrafo auf einer
> Ferritperle ggf. sehr einfach sehr gute Ergebnisse bringen. Der braucht
> wahrscheinlich nur 1 Windung primärseitig mit ein paar Dutzend nH. Siehe
> auch Transformatoren und Spulen.

nur mal zur Information: die Spulenspannung der Sekundärseite ist 
proportional zur Ableitung des magn. Flusses über der Zeit -> aus 
"steile Flanke" folgt, dass sich der Fluss unendlich schnell ändern 
müsste ... denke, dass das der komplett falsche Ansatz ist.

wie soll man damit eine steile Flanke erreichen???

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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evtl. gehts mit einem video-opamp, die sind teilweise verdammt schnell.

Autor: Landwird (Gast)
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125MHz mit 1Vss an 20k? Der Komparator LT1715 ist dein Freund. Das 
schwierigste ist das Platinenlayout.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Simon D. schrieb:
> nur mal zur Information: die Spulenspannung der Sekundärseite ist
> proportional zur Ableitung des magn. Flusses über der Zeit -> aus
> "steile Flanke" folgt, dass sich der Fluss unendlich schnell ändern
> müsste ... denke, dass das der komplett falsche Ansatz ist.

Es ist mit jeder Methode in der Praxis nur eine endliche 
Flankensteilheit zu erreichen, das ist dir bewusst oder? Du hast diese 
endliche Flankensteilheit sogar angegeben (1V/ns).

Autor: Bürovorsteher (Gast)
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> LVDS, 125 MHz Rechteck Duty Cylce 50 / 50

Ausgangssignal: Single Ended an eine Last von 20 kOhm, wünschenswerte
Spannung über der Last 1 V und höher... Steile Flanke = Anstiegszeit von
unter 1 ns...

Alter Hut: CLC 001 AJE, CLC 006 AJE, MC 10 EL 89 D
Etwas neuere Schaltkreise bei NatSemi LMH irgendwas, bei Video Cable 
Driver nachsehen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Simon D. (simon86)

>Als ich gebe ja zu, dass ein paar Angaben fehlen, aber jeder Ingenieur
>sollte eigentlich die Aufgabenstellung verstehen...

Als Ingenieur und Forumsteilnehmer bin ich es schon lange leid, den 
Leuten die grundlegend wichtigen Angaben aus der Nase zu ziehen. Der 
Artikel Netiquette ist eben darum entstanden.

>Eingangssignal: LVDS, 125 MHz Rechteck Duty Cylce 50 / 50

Siehst du, von 50% Tastverhältnis war noch keiner Rede.

>Ausgangssignal: Single Ended an eine Last von 20 kOhm, wünschenswerte
>Spannung über der Last 1 V und höher... Steile Flanke = Anstiegszeit von
>unter 1 ns...

Und eben das fehlte komplett. Hmmm . . .

>nur mal zur Information: die Spulenspannung der Sekundärseite ist
>proportional zur Ableitung des magn. Flusses über der Zeit -> aus
>"steile Flanke" folgt, dass sich der Fluss unendlich schnell ändern
>müsste ... denke, dass das der komplett falsche Ansatz ist.

Aha, der Herr Krösus mit seinen 24 Lenzen hat den vollen Durchblick bei 
HF-Trafos. Na dann herzlichen Glühstrumpf.

>wie soll man damit eine steile Flanke erreichen???

HF Trafos sind "etwas" anders als so ein 50 Hz Eisenschwein aufgebaut. 
Aber wem erzähle ich das . . .

MFG
Falk

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Simon D. schrieb:
> nur mal zur Information: die Spulenspannung der Sekundärseite ist
> proportional zur Ableitung des magn. Flusses über der Zeit -> aus
> "steile Flanke" folgt, dass sich der Fluss unendlich schnell ändern
> müsste ... denke, dass das der komplett falsche Ansatz ist.
>
> wie soll man damit eine steile Flanke erreichen???

Aha, wieder etwas dazugelernt. Und ich dachte bisher, dass die Millionen 
von Übertragern, wie sie sich in fast jeder Ethernetschnittstelle (auch 
Gigabit...) befinden, tatsächlich funktionieren würden. Aber offenbar 
dienen sie nur der Materialvergeudung und zusätzlichem Ballast.

Ansonsten hätte ich womöglich sogar vorgeschlagen, einen solchen 
Übertrager, der im Falle von 1000Base-T ja gerade für eine eine 
Betriebsfrequenz von 125MHz ausgelegt ist, zu verwenden.

Nachtrag:

20kOhm Innenwiderstand lassen sich ja leicht ansteuern. Aber wie groß 
ist die kapazitive Belastung? Die ist nämlich viel entscheidender in dem 
Frequenzbereich. Und wie sieht es mit der Induktivität der Zuleitung 
aus? Da die 20kOhm ja sicherlich keinen ordentlichen Leitungsabschluss 
darstellen, kann es ggf. auch zu ordentlichen Reflexionen in den 
Leitungstreiber kommen. Womöglich baut man damit einen schicken 
Oszillator.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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20k Impedanz ist Schrott, damit kann man naemlich nichts treiben, 
speziell keine kapazitive Last. Ein vernuenftiger ansatz waere ein 
Miniciruits Verstaerker, zB ein MAR-3, GALI-5 oder aehnlich. Die bringen 
wenigstens die Bandbreite und die Amplitude.

Autor: Jens G. (jensig)
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>Ansonsten hätte ich womöglich sogar vorgeschlagen, einen solchen
>Übertrager, der im Falle von 1000Base-T ja gerade für eine eine
>Betriebsfrequenz von 125MHz ausgelegt ist, zu verwenden.

Na ein Glück, daß Du es nicht gemacht hast ;-)

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Gnadenloser Labberer schrieb:
> 20k Impedanz ist Schrott, damit kann man naemlich nichts treiben,
> speziell keine kapazitive Last.
So wie ich das verstanden habe, hat der Sensor selber 20kOhm 
Innenwiderstand und nicht der zu treibende Ausgang.

Autor: Simon D. (simon86)
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Hallo!

Schon einmal vielen Dank für alle bisherigen Beiträge... Ich komme gar 
nicht mehr nach...

Die Last ist ein Sensor mit einer Impedanz von 20 kOhm. Die 
Eingangskapazität kann ich schlecht beziffern - sie wird sicherlich bei 
einigen pF liegen - Schätzungsweise um die 20 - 30 pF....

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Und wie weit ist der Sensor von der Schaltung entfernt? Was wird für die 
Zuleitung verwendet?

Wenn bei der gewünschten Flankensteilheit die Verbindung zwischen Sensor 
und Ansteuerung mehr als nur wenige(!!!) Zentimeter beträgt, muss das 
ganze auf jeden Fall impedanzkontrolliert ausgeführt werden, d.h. man 
sucht sich ein geeignetes Kabel, z.B. Koaxialkabel mit 50Ohm, und bringt 
direkt am Sensor einen geeigneten Leitungsabschluss an. Dann sucht man 
einen geeigneten Leistungstreiber. Die schon mehrfach erwähnten 
Videoverstärker sind jedoch meist für eine Impedanz von 75Ohm ausgelegt.

Ggf. kann man dann auch sensorseitig noch einen Übertrager vorsehen, der 
sowohl die Spannung hochtransformiert als auch die Impedanz übersetzt. 
In diesem Falle darf der sensorseitige Abschluss aber nicht der 
Kabelimpedanz entsprechen, sondern natürlich der transformierten.

Autor: Andreas Schweigstill (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill) Benutzerseite
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Ach, ich habe schon wieder die Frage vergessen:
Handelt es sich bei dem Sensor um ein Piezoelement?

Autor: Simon D. (simon86)
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Hallo!

Es ist ein Halbleiter Gassensor (genauere Angaben zur Eingangskapazität 
kann ich erst am Montag machen).

Der Sensor wird so nahe wie möglich an das ganze Geschehen gebracht - 
also max. 4 cm.... Ich werde die Schaltung von einer erfahrenen Person 
routen lassen...

Das LVDS Signal kommt über ein Koaxialkabel...

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Sinnvollerweise verwendet man 50 Ohm bis an den Sensor und laesst den 
Rest des Signales reflektieren.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Simon D. (simon86)

>Die Last ist ein Sensor mit einer Impedanz von 20 kOhm.

Weißt du überhaupt was einen Impedanz ist? Nein, es ist kein einfacher 
ohmscher Widerstand.

> Die
>Eingangskapazität kann ich schlecht beziffern - sie wird sicherlich bei
>einigen pF liegen - Schätzungsweise um die 20 - 30 pF....

Was ja auch vollkommen unkritisch bei 1ns Anstiegszeit ist . . .

Jaja

Autor: Landwird (Gast)
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Der Falk merkt mal wieder nicht, dass er hier der aggresivste im Thread 
ist.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Irgendwer muss es ja sein. Lass mich rechnen. i:=C * du/dt und setzen 
mal ein : du= 1V, dt= 1ns, C= 10pF und erhalten i= 1e-11/1e-9 = 1e-2 = 
10mA, das waeren dann 100 Ohm.

Nix 20k, sondern 100 Ohm sind's. Das heisst voll mit 50 Ohm drauf 
knallen

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Das gilt aber auch nur bei konstantem Strom. Den hat man AFAIK nicht bei 
einer RC Schaltung mit konstanter Spannung.

Gnadenloser Labberer schrieb:
> Nix 20k, sondern 100 Ohm sind's. Das heisst voll mit 50 Ohm drauf
> knallen

Du hast immer noch nicht verstanden, dass die 20kOhm nicht die Impedanz 
des Ausgangs sein soll, sondern der ohmsche Innenwiderstand des Sensors.
Der kapazitive Teil ist dazu parallelgeschaltet.

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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Doch hab ich. Die 20k sind quasi der DC-Leckstrom. Der ist im 
Verhaeltnis zum kapazitiven Teil vernachlaessigbar.

Autor: Michael O. (mischu)
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Nimm doch einen LVDS-Receiver:
http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/sn65lvds390.pdf

Der kann kann wie auch andere Receiver ein LVDS konformes Signal auf 
3,3V LVTTL umsetzen. Typisch 800ps Rise Time (max 1,2ns) mit 10pF Last.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Gnadenloser Labberer schrieb:
> Doch hab ich. Die 20k sind quasi der DC-Leckstrom. Der ist im
> Verhaeltnis zum kapazitiven Teil vernachlaessigbar.

Dann habe ich deinen Text nicht richtig interpretiert ;-)

Gnadenloser Labberer schrieb:
> Nix 20k, sondern 100 Ohm sind's. Das heisst voll mit 50 Ohm drauf
> knallen

Du meinst 100 Ohm Impedanz. Wird in echt aber noch weiter drunter 
liegen, eben weil man in Echt keinen Konstantstrom hat und die 
Ladegeschwindigkeit gegen "Ende" quasi sinkt.

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