Angepasste Abschluesse fuer sehr kurze Pulse

Halloechen!
Ich habe eine Photodiode, auf die ein kurzer Laserpuls
(Stickstofflaser) geschossen wird. Die Photodiode ist direkt mit
dem Oszilloskop verbunden. Dort sehe ich einen Strompuls, der
ungefaehr 10ns breit ist. So weit klappt es gut.
Das Problem ist, dass meine eigentliche Versuchsanordnung um einiges
aufwendiger ist (z.B. eine bei uns hergestellte pin-Diode, ueber die
ich erstmal gar nichts weiss, ein Pulsgenerator in Sperrrichtung,
alles in einem Kryostaten).
Alles in allem macht das genuegend Anschluesse, um mir widerliche
Reflektionen auf mein Signal zu geben. Offensichtlich stimmen die
Impedanzen an den Anschluessen und Kontakten nicht. Insbesondere
die Einbettung der hochohmigen Diode macht wohl die Schwierigkeiten.
Gibt es eine generelle Strategie, das anzugleichen? Oder kann man
die Reflektionen wegbekommen, ohne das eigentliche Signal allzu sehr
zu veraendern?
Vielen Dank!
Tschoe,
Torsten.
Follow-Up to de.sci.ing.elektrotechnik
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Torsten Bronger
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Du musst das Signal gleich an der Diode verstärken, der Verstärker hat dann eine gewisse Ausgangsimpedanz die zum verwendeten Kabel passt. Der Empfänger ebenso, dann treten keine Reflexionen auf.
Ob du 50 Ohm Koaxkabel nimmst, oder lieber was symmetrisches mit verdrillter Leitung (ca. 100 Ohm) muss man erst sehen.
Als Literaturtipps kann ich höchstens App Notes von Videopuffern oder AC bzw. ECL-Gatter (wenns Digitale Pulse sind) nennen.
Ich denke de.sci.eletronics wär besser.
Bis die Tage Georg
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Georg Seegerer
Torsten Bronger schrieb:
Hallo,
wenn Du Reflektionen vermeiden willst, dann musst Du ein Koaxialkabel=20 mit durchgehend einheitlichem Wellenwiderstand verwenden und dieses an=20 beiden Seiten mit dem Wellenwiderstand abschliessen. Wenn die Photodiode sehr hochohmig ist, dann sollte m=F6glichst nahe dara= n=20 ein Anpassverst=E4rker auf die 50 Ohm des Koaxialkabels liegen. Auf dem Kabel bedeutet 1 ns etwa 20 cm Distanz, wenn die Flanken des=20 Impulses etwa 1 ns Anstiegs- und Abfallzeit haben, dann sollte der=20 Anpassverst=E4rker nur wenige cm von der Diode weg sein, so 1 bis 2 cm.
Du k=F6nntest zum Test mal einen schnellen Impulsgenerator mit 50 Ohm=20 Ausgang anstelle der Diode anschliessen, den Oszieingang auch mit 50 Ohm =
abschliessen und dann anschauen wie ein 10 ns Impuls aussieht. Zum=20 Vergleich auch mal das gleiche, aber mit einem gleichen langen 50 Ohm=20 BNC Kabel zwischen Generator und Oszi.
Bye
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Uwe Hercksen
: Halloechen!
: Ich habe eine Photodiode, auf die ein kurzer Laserpuls : (Stickstofflaser) geschossen wird. Die Photodiode ist direkt mit : dem Oszilloskop verbunden. Dort sehe ich einen Strompuls, der : ungefaehr 10ns breit ist. So weit klappt es gut.
: Das Problem ist, dass meine eigentliche Versuchsanordnung um einiges : aufwendiger ist (z.B. eine bei uns hergestellte pin-Diode, ueber die : ich erstmal gar nichts weiss, ein Pulsgenerator in Sperrrichtung, : alles in einem Kryostaten).
: Alles in allem macht das genuegend Anschluesse, um mir widerliche : Reflektionen auf mein Signal zu geben. Offensichtlich stimmen die : Impedanzen an den Anschluessen und Kontakten nicht. Insbesondere : die Einbettung der hochohmigen Diode macht wohl die Schwierigkeiten.
: Gibt es eine generelle Strategie, das anzugleichen? Oder kann man : die Reflektionen wegbekommen, ohne das eigentliche Signal allzu sehr : zu veraendern?
Fuer relative grossflaechige Dioden Cd (1 nF) als Kernstrahlungsdetektoren, bei denen wir auch die Anstiegszeit bestimmen, schalten wir 50 Ohm direkt am Detektor in Serie. Fuer den Anstieg bis etwa Cd*50 Ohm hast du Anpassung.
Tschuess
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Uwe Bonnes
Uwe Bonnes schrieb:
Hallo,
f=FCr schnelle Vorg=E4nge von einigen ns kann man ja die Kapazit=E4t 1 nF= als=20 Kurzschluss nach Masse ansehen. Wenn die benutzte Photodiode mehr als nur ein paar pF hat k=F6nnte das=20 noch genauso gehen. Selbstverst=E4ndlich muss auch der Oszieingang mit 50 Ohm abgeschlossen s= ein.
Bye
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Uwe Hercksen
Bei der geringen Kapazität erübrigt sich dann doch der 50 Ohm Serienwiderstand bei der Diode. Er verstärkt dann ja nur den schädlichen Einfluss der Diodenkapazität, indem er den Spannungshub unnötig verdoppelt. PIN- Dioden (Vorgespannt) mit niedriger Kapazität schliess ich immer direkt an, 50 Ohm dann beim Oszi.
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Rolf Bombach
[HF-Reflektionen]
Jein. Theoretisch ist es ganz einfach: Man sorge dafür, das die ganze Signalstrecke inclusive Kabelende die gleiche Impedanz für den interessierenden Frequenzbereich aufweist. Praktisch kämpft man mit den Details. Aber d das ein Standard-Problem ist, gibt es mit den Koaxial-Kabeln schon mal geeignete Standard-Kabel zur eigentlichen Übertragung. Die üblichen Laborkabel für HF sind ausdrücklich darauf gezüchtet, dass sie einen definierten Wellenwiderstand haben. Ein besonders üblicher Wert für diese Kabel-Impedanz ist 50 Ohm. Daher sind auch die beliebten 50Ohm-Abschlüssse, die direkt vor dem Oszi-Eingang die eintreffende Welle zur Masse ableiten und damit die Reflektion unterdrücken. Es kommen aber auch 75, oder 100 Ohm vor. Dann braucht man entsprechend dimensionierte Abschlusswiderstände. Bei unerklärlichen Reflektionen lohnt es sich eventuell, die Deign-Impedanz des Kabels zu kontrollieren.
Ansonsten: Keine Impedanz-Sprünge in den Leitungen! Das heißt, keine Abzweigungen, durchgehend die gleiche Koax-Geometrie und das gleiche Dielektrikum zur Isolation. Der Übergang zwischen Photodioden-Beinchen und Kabel ist allerdings unvermeidbar reflektierend. Aber zum Glück sind Abstände unwichtig, die deutlich kleiner sind, als die Strecke, die das Signal während des Pulses zurücklegt. Anders gesagt: Bei einem eine Nanosekunde langem Puls stört mich ein Echo, das 60 ps später kommt, nicht mehr besonders. Eine Nanosekunde entspricht etwa 30 cm. Wenn also der Übergang zum Koax-Kabel in 10mm Entfernung erfolgt, dann ist man gerade so im grünen Bereich. Die Photodiode sollte daher möglichst direkt an das Koax-Kabel angeschlossen werden.
Wenn es irgendwie geht, würde ich nicht direkt das Photodiodesignal auf die lange Reise zum Oszilloskop schicken, sondern einen Vorverstärker zwischenschalten. Dieser Vorverstärker ist dann besser als die Photodiode in der Lage, die 50 Ohm Impedanz des Kabels zu treiben. Damit an seinem Eingang das Signal nicht durch Reflektionen beeinträchtigt wird, sollte er so nah wie möglich an der Photodiode sitzen (mm-Bereich). Wir verwenden für Signale bis knapp 500MHz schnelle Operationsverstärker. Du erwähntest einen Kryostaten. Da ist eventuell ein einzelner FET als Vorverstärker eine kälteresistente Alternative. (Hat mal ein Labornachbar so gemacht)
Möchtest Du ernsthaft die Pulsform untersuchen, oder kommt es nur auf genaues timing an?
Vie Erfolg! ------
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kai-martin knaak
Richtige Oszis haben den Abschlusswiderstand eingebaut ;-) Irgendwie kann ich mich auch noch an 91 oder 93 Ohm Kabel erinnern, war das nicht für "fast negative logic" von BNC? Zum Glück langsam am Aussterben. Achtung bei Videoleuten: Dort ist 75 Ohm genauso Standard wie hier die 50 Ohm. Irgendwo hatten wir mal für Delaylines auch 600 (?) Ohm Kabel, etwa fingerdick, der Mittelleiter war IIRC spiralig (für Phys/Math: Schraubenlinie) aufgewickelt.
Interessant. Welche Opamps kommen da in Frage? Bin irgendwie nie über LM6171 hinausgekommen, CFB wurde durch AD "sabotiert", statt AD811 hatten die AD8011 geschickt, ich hab nicht so genau hingeschaut und pffft :-[
Ist sicher interessant bezüglich wenig Rauschen. Schaltungen findet man wenn man z.B. nach SQUID magnetometer sucht.
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Rolf Bombach
Ganz allgemein:
Systematische Ursachenfindung mit einem Netzwerkanalysator (NWA), am besten mit Time Domain Option, weil die nämlich genau anzeigt, wo die Reflexion liegt und man dann auch das wie *vektoriell* mittels Gate sichtbar machen kann, und peinlich genaue Einhaltung aller Impedanzen.
Du kannst natürlich auch aus dem Oszi und dem Pulsgenerator ein TDR basteln, aber besser ist schon ein getrenntes Messgerät. Dazu bitte den Cal-Kit nicht vergessen.
Den NWA sollte Eure HF-Abteilung bei den E-Ing. haben, die RWTH hat einen recht guten Ruf und dürfte gut bestückt sein. Vermutlich geben sie die Kiste aber nur zusammen mit einem Bediener heraus, damit sie es heil zurückbekommen ;-)
Es versteht sich von selbst, dass man dann Abzweige impedanzrichtig und nicht mit T-Stück baut usw. und immer den Wellenwiderstand der (Koax-) Kabel einhält.
Zur Photodiode:
Die Diode schreit förmlich nach einer breitbandigen Verstärkung vor Ort, suche mal im Internet nach Transimpedanzverstärkern (oder Current Feedback Opamp's) im Zusammenhang mit Optoelektronik, für den Glasfaser-Kram bis 10 GBit/s (STM-64) ist das Zeug Standard-Handelsware. Oder schaue bei den Üblichen Verdächtigen (tm) wie Linear Technology
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oder Analog Devices
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oder Maxim
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nach entsprechenden Bausteinen.
Die Ausgänge der Amps sind meist extrem niederohmig und werden einfach mittels 50 Ohm Serienwiderstand auf ein Kabel mit 50 Ohm Wellenwiderstand angepaßt, welches selbstredend am Ende ebenfalls mit 50 Ohm abgeschlossen wird.
Gruß Oliver
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Oliver Bartels
Hmmm, bin etwas verwirrt. Ich glaub die 93 Ohm waren für den Detektoranschluss. Der NIM Standard selber war ja dann bereits auf 50 Ohm. 93 Ohm ist eher typisch für die Vakuumelektronik (für geringe Verluste), entsprechend den 77 Ohm für Kabel, wo ja dann die 75 Ohm für Video überlebt haben. Kurzabriss des Normensalats:
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Rolf Bombach
Noe, die waeren fuer irgend ein obskures Netzwerk.
Nim hat 2 Stamndards: +10V fuer langsame Logik und 50 Ohm/-0.7V fuer schnelle Logik; die langsame hab ich aber noch nie gesehen (bin ja auch erst seit 14 Jahren im Geschaeft...)
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Juergen Hannappel
ARCnet heißt das "obskure" Netzwerk.
Funktioniert auf Tokenbasis und ist in der Industrie dort beliebt, wo es wirklich auf Zuverlässigkeit und garantierte Übertragung ankommt, nicht auf chaotische "wann darf ich endlich mein Datenpaket loswerden" - wrdlbrmfd PC-Welten.
Wo dann auf 100 MBit aufgerüstet werden muß, damit die Anlage einigermaßen wahrscheinlich läuft.
MfG
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Franz Glaser (Lx)
Ältere Detektorvorverstärker sind aber explizit für 93 Ohm geeignet, was immer damit im Datenblatt gemeint ist. Die Kabel dazu hab ich auch von Szintis usw. und nicht aus Netzwerken. (Bei kommerziellen Vorverstärkern hab ich aller- dings auch schon viel Schrott gesehen, Tennelec und so). Merkwürdigerweise wurde das 93Ohm Kabel auch für die Hochspannung verwendet, mit den unsäglichen MHV-Steckern.
Aha, Newbie :-) Bei den SRS-Modulen wird so was verwendet, aber naheliegender- und praktischerweise vertragen sie auch TTL, obwohl der Schwellwert eher bei 2.5V liegt. Die Ausgänge sind dort ebenfalls nur 5V. Wird für langsame Synchronisationen verwendet, "Busy"-Signale und dergleichen, damit der ADC nicht zu früh losrennt.
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Rolf Bombach
Die dünne Seele und das Isolationsmaterial mit dem speziellen Epsilon scheinen gut geeignet zu sein für Hochspannung.
Leider sind die 93 Ohm Kabel nicht mehr so leicht zu kriegen. BNC-Stecker dafür und Krimpzangen erst recht nicht.
Ich bin nämlich ein ARCnet FAN! (Nicht ein Ventilator, daß da kein Fräulein - Verständnis aufkommt)
MfG
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Franz Glaser (Lx)

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