Pulsgenerator / Platinenlayout

Julian schrieb:
> Hallo zusammen,
>
> ich habe vor Pulse im Nanosekunden-Bereich (1-800ns) zu erzeugen.

Ist dir klar, was ein 1ns (EINE Nanosekunde) Puls für Anforderungen an 
die Bauteile und das Layout stellt? Eher nicht.

Ich würde mal meinen, daß du mal mit 10ns++ anfangen solltest, und 
selbst das ist sehr schnell.

> Die Pulse möchte ich mit einem Arduino MEGA triggern.

Das ist trivial, jeder 08/15 Logikausgang kann das.

> Hierfür habe ich die angehängte Schaltung als Arduino-Shield aufgebaut.
> (Quelle Seite 8:
> 
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an98f.pdf)

Hmmm.

" Measurement Bandwidth is 3.9GHz"

Hast du derartige Meßtechnik? Und das Wissen, um diese richtig 
einzusetzen?

> Es funktioniert auch, wenn ich mit dem Arduino ein langes 1ms

Zeitlupe!

> Trigger-Signal ausgebe, gibt das Gate einen Puls aus und lässt sich in
> der Pulsweite durch R8 anpassen.. Allerdings kommt der Puls erst am Ende
> des Trigger-Pulses (Oszi-Bild ;Kanal 1: Puls; Kanal 2:Trigger-Puls;
> Kanal 3 & 4 Ausgang IC1B/IC1C sind leitungsbedingt etwas verzögert.) In
> der Application Note kommt der Puls mit steigender Flanke des Triggers).
> Woran könnte das liegen?

Du triggerst auf den 2. Puls, denn die Schaltung erzeugt an jeder Flanke 
einen ;-)
Trigger auf die steigende Flanke deines Triggers.

> Lege ich ein schnelleres Triggersignal an (1kHz) fängt die Schaltung an
> zu schwingen. Ich schätze das liegt an meinem Platinenlayout und evtl.
> fehlender Terminierung? (Board im Anhang)

Man sieht die Masseflächen nicht, die sind aber hier wichtig.

> Kann ich das Trigger-Signal vom Arduino direkt auf den Komperator IC1A
> geben?

Ja.

> In der Application Note ist der Komperator-Eingang mit 50 Ohm
> terminiert. Das macht aber der Arduino Ausgang wegen zu hoher Last nicht
> mit oder?

Nein, das geht nicht. Die 50 Ohm sind die Eingangsterminierung 
(Parallelterminierung). Kann man erstmal weglassen. Wenn man am Eingang 
längere Kabel anschließen will, nimmt man besser eine Serienterminierung 
an der Quelle. Siehe Wellenwiderstand.

> - Meine Leiterbahnen sind vermutlich zu breit 0,6mm? -> Was empfehlt
> ihr? Möglichst dünne Leiterbahnen?

Wenn du WIRKLICH 1ns breite Pulse willst, sollten es halbwegs 
impedanzkontrollierte Leiterbhanen sein. Wobei das bei DEN 
Leitungslängen nicht wirklich nötig ist. Und mit etwas Geschick kann man 
die weiter verkürzen. 0,6mm ist schon arg breit, 0,3mm reichen.

> - Leiterbahnen verkürzen, Signalwege auf das Nötigste reduzieren.
> - Terminierung am Ausgang?

Ja.

Ich baue etwas ähnliches gerade auf - ich wollte das Augenmerk mal auf 
den MAX 9601 richten, der ist doch erheblich schneller und schafft 
tatsächlich die Nanosekunde.
In meiner Schaltung muß ich ein Komparatorfenster innerhalb einer 12.5 
nsec Periode mit variabler (einstellbarer) Breite und variabler 
Phasenlage erzeugen, und innerhalb des Fensters einen zeitlich 
unkorrelierten Impuls entweder durchlassen oder verwerfen. Geht soweit 
recht gut. Die Fangrate der Pulse muß hier 100% betragen, Pausen zur 
Signalverarbeitung sind nicht möglich.

Anstatt mit 10:1 Tastköpfen messe ich in meiner Schaltung mit 
50-Ohm-Eingängen und einem angeschlossenen Koax, an dessen anderem Ende 
ein 2K2 zum Meßobjekt geht und ein 51R (NACH dem 2k2) von Signal nach 
Masse. Selbst bei ECL-Pegeln hat man noch "genügend" Millivolt für eine 
gute Darstellung, und man belastet das Meßobjekt praktisch nicht 
kapazitiv. Ein 10:1-Tastkopf, wie er mit einem 2 GHz-Tek ausgeliefert 
wird hat mit seinen 4 pF Kapazität immer noch einen Blindwiderstand von 
etwa 20 Ohm bei 2 GHz. Das verfälscht nicht nur die Kurvenforn, es macht 
auch jegliche Messung der Anstiegszeit unzuverlässig.

Julian schrieb:

> Die ersten Tests waren mit 20ns (Oszi Bild). Mit sauberen 10ns wäre ich
> schon zufrieden.

OK.

>> " Measurement Bandwidth is 3.9GHz"
>>
>> Hast du derartige Meßtechnik? Und das Wissen, um diese richtig
>> einzusetzen?
>
> Das Oszilloskop das ich verwende hat eine Bandbreite von 4GHz. Ich
> verwende 10:1 Tastköpfe & kann ein Oszilloskop bedienen,

Ich kann auch einen Ferrari "bedienen". ;-)

> habe allerdings
> wenig Erfahrung mit so kurzen Pulsen. Gibt es da ein paar
> Punkte/Einstellungen auf die ich besonders achten sollte? Macht es mehr
> Sinn mit Tastköpfen oder mit LEMO - BNC direkt zu messen?

Bei den Pulse sollte man auf passive Z0-Tastköpfe wechseln. Außerdem ist 
die Massekontaktierung kritisch.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Oszilloskop#Tastk.C3.B6pfe_richtig_benutzen

>> Du triggerst auf den 2. Puls, denn die Schaltung erzeugt an jeder Flanke
>> einen ;-)
>> Trigger auf die steigende Flanke deines Triggers.
> Ich messe gleich nochmal, aber in der Application Note kommt der Puls
> auch nur mit "steigender" Flanke?

Sicher? Das sind einfach nur Komparatoren und ein XOR, das ist der 
klassische Pulsverdoppler, nur halt etwas aufwändiger und schneller.

https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/exorfd.htm

>>> Lege ich ein schnelleres Triggersignal an (1kHz) fängt die Schaltung an
>>> zu schwingen. Ich schätze das liegt an meinem Platinenlayout und evtl.
>>> fehlender Terminierung? (Board im Anhang)
>>
>> Man sieht die Masseflächen nicht, die sind aber hier wichtig.
>
> Sind angehängt.

Naja. Gerade hier wäre die Darstellung in einem Bild besser. Aber ich 
ahne schon, daß einige kritische Pfade von GND/VCC zerschnitten sind.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Richtiges_Designen_von_Platinenlayouts

Abschnitt Masseflächen.

Jochen F. schrieb:
> Anstatt mit 10:1 Tastköpfen messe ich in meiner Schaltung mit
> 50-Ohm-Eingängen und einem angeschlossenen Koax, an dessen anderem Ende
> ein 2K2 zum Meßobjekt geht und ein 51R (NACH dem 2k2) von Signal nach
> Masse.

Falsche Stelle. Die 50 Ohm Terminierung gehört an den Eingang vom Oszi.

Julian schrieb:
> Ich habe mal die steigende Flanke des Trigger-Signals aufgenommen. Hier
> sollte die steigenden Flanke von IC1B (Oszi C4) eigentlich 20ns vor der
> fallenden Flanke von IC1C (Oszi C3)kommen. Durch die Verzögerund kommt
> der Puls erst mit fallender Flanke des Triggers. Woran könnte das
> liegen?

Du hast die Eingänge an IC1B und IC1C vertauscht ;-)

http://www.signalintegrity.com/Pubs/straight/probes.htm

Falk B. schrieb:
> Anstatt mit 10:1 Tastköpfen messe ich in meiner Schaltung mit
>> 50-Ohm-Eingängen

Die sind terminiert! Erst bissel denken, dann auf "Senden" hauen.
Allerdings muß auch die Quellimpedanz stimmen. Jede Abweichung stellt 
ein schnelles Oszilloskop gnadenlos dar, und ich habe hier Tek 7104 
(ohne TDS!) und 7S12 bzw. 7S11 mit S4 und 7T12.

Jochen F. schrieb:
> Falk B. schrieb:
>> Anstatt mit 10:1 Tastköpfen messe ich in meiner Schaltung mit
>>> 50-Ohm-Eingängen
>
> Die sind terminiert! Erst bissel denken, dann auf "Senden" hauen.

In der Tat. Mit deinen zusätzlichen 50 Ohm am EINGANG des Koaxkabels 
verschenkst du nochmal 50% der Amplitude deines Signal, und das 
vollkommen sinnlos.

> Allerdings muß auch die Quellimpedanz stimmen. Jede Abweichung stellt
> ein schnelles Oszilloskop gnadenlos dar, und ich habe hier Tek 7104
> (ohne TDS!) und 7S12 bzw. 7S11 mit S4 und 7T12.

Und ich hab ein Chinaman 08/15! WOW!

Und die Schaltung funktioniert wie sie soll. Mit genau einem Impuls je 
Periode.

Also wenn es Dir wirklich um das letzte Quentchen an Flankensteilheit 
rausholen willst, dann würde ich überlegen, die IRED auf optischem Wege 
zu dämpfen. Also irgendwas halbdurchlässiges davor.
Könntest aber auch einen Vorwiderstand davorhängen, aber das könnte die 
Flanken schon wieder verschleifen.

Julian schrieb:
> Hat jemand eine Idee wie ich das umsetzen könnte?

Schau mal nach   Graukeil, das ist eine mögliche Lösung.

Für einfache Experimente genügen auch eine oder mehrere Lagen 
Pergamentpapier.

Julian schrieb:
> deshalb würde ich gerne den Strom der Pulse regeln..
Du willst ihn nicht "regeln", sondern "verändern" oder "einstellen". Das 
sind ganz grundlegend andere Aufgabenstellungen.

> Ich nehme mal an das auch eine Konstantstromquelle mit Shunt-Messung
> zu träge ist um in so kurzer Zeit den Strom richtig einzustellen?
Stromregelung im GHZ-Bereich mit einem Netzteil?

> Hat jemand eine Idee wie ich das umsetzen könnte?
Nimm eine hohe Treiberspannung und einen hochohmigen Vorwiderstand. Das 
ist die grundlegende Spezifikation für eine Konstantstromquelle: 
unendliche hohe Leerlaufspannung und unendlich hoher Innenwiderstand. 
Und weil diese KSQ dann nur aus einem Widerstand besteht, ist sie 
prinzipiell blitzschnell. Die Diode wird dann abgeschaltet, indem du 
sie kurzschließt. Und wie schnell du die Diode dann ein- und ausschalten 
kannst, hängt nur vom Schalttransistor und vom Layout ab.

Du hast Lothar nicht richtig verstanden.
Die Konstantstromquelle läuft durch, der Schalttransis ist PARALLEL zur 
Led.
Nur wenn der Transis AUS ist, fließt Strom durch die Led, ansonsten 
übernimmt er den Strom. Dazu muß die Restspannung natürlich kleiner als 
die Led-Schwellenspannung sein (notfalls deren Kathode etwas anheben). 
Und er muß schnell schalten.

Allenfalls sollte man Pulserzeugung und Endstufe entflechten. Als 
Endstufe wuerde ich heutzutage die LIDAR Laserdiodentreiber empfehlen.

Wie weit bist du gekommen ? Ich habe eine ähnliche Schaltung und kann 
Pulse bis 2ns problemlos darstellen. 1ns ginge mit ein wenig mehr 
Optimierung auch - allerdings reicht es mir so wie jetzt.