Передача синхроимпульса, Надо передать синхроимпульс по коаксиальному кабелю длиной 120 метров Опции

[Nicolai326]

Здравствуйте. Есть импульс амплитудой 12В, длительность 2 мкс, длительность фронта 0,1-0,5мкс. Необходимо передать его по коаксиальному кабелю 75 Ом. Длина кабеля 120 метров. Частота передачи импульсов 100 Гц. Это синхроимпульс и надо обеспечить по возможности временную стабильность его фронта. Теоретически вроде бы представляю как должен быть организован выходной каскад передатчика и как должен быть организован входной каскад приемника. Схему предполагаемую накидал в Микрокапе.
Но есть подозрение что можно сделать это как то более элегантно что ли и интересует, как обычно организуют в таких схемах защиту приемника по входу от помех и перенапряжений и защиту выхода передатчика.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[kovigor]

Это синхроимпульс и надо обеспечить по возможности временную стабильность его фронта.

А нельзя ли как-то передавать данные по одному проводу, без явного использования линии синхронизации ?

[Дмитрий_Б]

Посмотрите цифровые микросхемы старой ТТЛ - серии с питанием 5 В - это немногим меньше 12, но может подойдёт? Серии 559, 530. Последовательное согласование передатчика необязятельно, т.к. передача происходит в одну сторону. Как вариант можно посмотреть передатчики стандарта RS-232 (есть разных производителей, Analog Devices, например, да и отечественные вроде появились), они правда двухполярный сигнал передают, +-5 В.

[kovigor]

Посмотрите цифровые микросхемы ...

Еще вариант - выпаять из старой сетевой карточки коаксиальный трансивер:
http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/dp8392c.pdf

[domowoj]

Nicolai326
А зачем в схеме дополнительный двухтактный повторитель
на транзисторах?
И номиналы резисторов ОС???

[Tanya]

Здравствуйте. Есть импульс амплитудой 12В,

А зачем на входе компаратор? Транзистор не подойдет? И на формирователе...
Тут вот из проблем видится... кабель. При такой длине дисперсия может размыть фронт.
Вообще-то есть (у AD) микросхемы для приема и передачи для кабеля с амплитудно-частотной коррекцией.

[Victor®]

Здравствуйте. Есть импульс амплитудой 12В, длительность 2 мкс, длительность фронта 0,1-0,5мкс. Необходимо передать его по коаксиальному кабелю 75 Ом. Длина кабеля 120 метров. Частота передачи импульсов 100 Гц. Это синхроимпульс и надо обеспечить по возможности временную стабильность его фронта. Т

С какой точностью?

[Guest_TSerg_*]

По моему какой-то бред - при чем тут виртуальная схема и временная нестабильность (джиттер) фронта?

Вы смогли смоделировать в MC кабель с временной нестабильностью?
Может расскажете - как?
Или Вы генератор с джиттером смоделировали?
Или?

[krux]

для затравки, посмотрите хотя-бы схемотехнику по IRIG-B.
а то как-то с наскоку, без двух минут что наносекундные фронты, да с контролируемым джиттером... по коаксиалу...

[Tarbal]

При такой длине дисперсия может размыть фронт.

Неверно. Не размоет если согласовать.


Сообщение отредактировал Tarbal - Jan 31 2014, 19:02

[Alex11]

Неверно. Не размоет если согласовать.

Размоет по-любому, вопрос на сколько, т.к. у кабеля ограничена полоса пропускания. ТС так и не сказал, какой фронт хочет передать. Если порядка длительности импульса - то можно с этим особенно не заморачиваться, а если там наноскунды - тогда совершенно другой расклад.

[Tanya]

Неверно. Не размоет если согласовать.

Речь идет о том, что проницаемость диэлектрика зависит от частоты (дисперсия) - скорость света зависит от частоты. Похожий эффект имеется и в световодах. Однако для специальных сортов стекла возможно распространение импульсов определенной формы с ее сохранением. Называется солитон.

[Proffessor]

...интересует, как обычно организуют в таких схемах защиту приемника по входу от помех и перенапряжений и защиту выхода передатчика.

Выход драйвера Q1-Q2 можно защитить двумя диодами между коллектором и эмиттером каждого транзистора. Вход приемника - 5-вольтовым высокочастотным TVS-ом типа ESD0P2RF-02L (Infineon) параллельно резистору R58.

Сообщение отредактировал Proffessor - Feb 1 2014, 13:08

[Nicolai326]

Добрый день. Сегодня уточнил ТЗ.
Разбили его на две части:
1. Сделать драйвер , который будет выдавать такой импульс в коаксиальный кабель (волновое сопротивление 75 Ом, длина 120 метров), чтобы на нагрузке кабеля в 75 Ом был импульс амплитудой 10-15В, фронт импульса 100-500 нс. Источник сигнала для драйвера 5-ти вольтовая логика.
2. Сделать приемник для сигнала с коаксиального кабеля (75 Ом, 100метров). Амплитуда сигнала на нагрузке в 75 Ом 10...20В. Фронт 500нс.
Насчет временного джиттера - поговорил с заказчиком, он водит руками и говорит фразы вроде "как можно меньше" но не может назвать даже порядок какой его устроит))))
Оба сигнала - синхросигналы. Амплитуды их заданы и поменять нельзя - это к предложению использовать ТТЛ-логику.Частоты маленькие (100Гц). По кабелю больше ничего передаваться не будет.
На передатчике поставил транзисторный каскад для того чтобы увеличить ток, отдаваемый в кабель, так как емкость кабеля получается в районе 7-8нФ.
Обвязку ОУ в передатчике посчитал исходя из необходимого КУ (5В на входе, 25-30В на выходе драйвера). Прикинул что надо давать вольт 30 в кабель, чтобы получить на другом его конце 10-15В.
Обвязку компаратора в приемнике посчитал по даташиту компаратора. Взял быстрый компаратор, который есть под рукой.
В общем вопросы:
1. Правильным ли путем иду?
2. Надо ли в приемнике ставить во входном делителе еще и компенсирующие емкости?
3. Можно ли обойтись однополярным питанием? (Я по привычке оперирую двуполярным)




Да, длительности импульсов 1-2мкс.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Tanya]

Обвязку ОУ в передатчике посчитал исходя из необходимого КУ (5В на входе, 25-30В на выходе драйвера). Прикинул что надо давать вольт 30 в кабель, чтобы получить на другом его конце 10-15В.

"Обвязку" надо сделать с меньшими номиналами... до килоома.
Непонятно, зачем Вам еще транзисторы. Вот в даташите есть типовая схема на кабель. Сразу на два...
Если приемник принимает от этого передатчика, то зачем высокий уровень, который потом делится на приемной стороне?

[Nicolai326]

"Обвязку" надо сделать с меньшими номиналами... до килоома.
Непонятно, зачем Вам еще транзисторы. Вот в даташите есть типовая схема на кабель. Сразу на два...
Если приемник принимает от этого передатчика, то зачем высокий уровень. который потом делится на приемной стороне?

Действительно, есть схема, не заметил. С транзисторами перестраховался исходя из большой длины кабеля дающей большую емкость, при условии ограничения фронта импульса в 500 нс на нагрузке кабеля. Амплитуда на нагрузке 10-15В задана ТЗ и изменить ее нельзя.

[Tanya]

исходя из большой длины кабеля дающей большую емкость, при условии ограничения фронта импульса в 500 нс на нагрузке кабеля.

Если звезды кабель согласовывают, значит это кому-нибудь нужно...
Импеданс будет активный.

[Nicolai326]

Tanya, номиналы в обвязке ОУ надо уменьшить для снижения влияния токов смещения ОУ?

[Tanya]

Tanya, номиналы в обвязке ОУ надо уменьшить для снижения влияния токов смещения ОУ?

Для снижения влияния паразитных конденсаторов.

[Nicolai326]

Если звезды кабель согласовывают, значит это кому-нибудь нужно...
Импеданс будет активный.

То есть при условии согласованной нагрузки и источника можно обойтись без транзисторного каскада, так как импеданс кабеля будет активным?

Для снижения влияния паразитных конденсаторов.

Высокоомные резисторы в обвязке в совокупности с паразитными емкостями монтажа и компонентов завалят мне АЧХ каскада?

Сообщение отредактировал Nicolai326 - Feb 3 2014, 07:25

[Tanya]

То есть при условии согласованной нагрузки и источника можно обойтись без транзисторного каскада, так как импеданс кабеля будет активным?

В микросхеме внутри тоже ведь транзисторы... Если в даташите написано, то ему нужно верить... В первом приближении.
А на кабеле написано... 50 или 75...

Высокоомные резисторы в обвязке в совокупности с паразитными емкостями монтажа и компонентов завалят мне АЧХ каскада?

Да.

[Дмитрий_Б]

Чудны дела твои, Господи!
Вам поставлена простая задача: преобразовать уровень ТТЛ сигнала в 15 В размах. Какие там ОУ???
Ну возьмите n-p-n БТ, Э - к земле, Б - через резистор к земле, через другой - к выходу логики, К - через резистор к +15 В и на вход кабеля.

[sifadin]

Кабель должен быть с двойной оплеткой.
Чтобы возвратный ток, протекающий по внутренней оплетке не утекал через емкость помещения на стены
Вход лучше сделать дифференциальным, те разбить согласующий резистор на три , так чтобы сопротивления плеч были одинаковы
и на ЭСЛ ТШ
Иначе пойдут проблемы оттого что земли разные
ОУ наверное лучше не ставить - тормозная вещь.
Нужны какие-то компараторы или драйверы
Рекомендую книжку
Наносекундная электроника. Автора забыл. Там как раз про такое.
Вообще самые крутые фронты получаются при транзисторах с лавинным пробоем, но я никогда их не использовал

[Nicolai326]

Спасибо всем ответившим. Так как моделировать можно долго, взял я этот кабель, 120-тиметровый, который кстати задан (РК-75-2-22) и буду макетировать то что у меня получается.

[foxit]

Как успехи с макетированием?

[Nicolai326]

Как успехи с макетированием?

Сделал макетку на ОУ LM7171A. В принципе все удовлетворяет, кроме того что амплитуда импульса на нагрузке кабеля на пределе допустимого (в районе 10В). Возник вопрос, а надо ли согласовывать источник сигнала с кабелем, то есть ставить последовательно с центральной жилой кабеля сопротивление 75 Ом со стороны передатчика? Вроде бы по теории надо, но при этом большие потери на этом сопротивлении получаются.

[Tanya]

Сделал макетку на ОУ LM7171A. В принципе все удовлетворяет, кроме того что амплитуда импульса на нагрузке кабеля на пределе допустимого (в районе 10В).

Берите более "толстый" кабель.

Возник вопрос, а надо ли согласовывать источник сигнала с кабелем, то есть ставить последовательно с центральной жилой кабеля сопротивление 75 Ом со стороны передатчика? Вроде бы по теории надо, но при этом большие потери на этом сопротивлении получаются.

Упадет в два раза, но если Вас все устраивает... Вы эхо видите?

[Nicolai326]

Берите более "толстый" кабель.

Упадет в два раза, но если Вас все устраивает... Вы эхо видите?

Кабель другой взять нельзя.

Эхо вижу только при ненагруженом кабеле. Без согласующего сопротивления со стороны передатчика импульс на нагрузке имеет небольшой выброс. Других отличий на глаз с экрана осциллографа не вижу.

Сообщение отредактировал Nicolai326 - Feb 11 2014, 07:36

[Burner]

Ну таки да, лучше иметь больший уровень сигнала в кабеле, чтоб он меньше боялся помех. Если выход кабеля согласован, то вход можно не согласовывать. Все, что туда запулишь, поглотится нагрузкой и обратно не вернется.
Фронт 0,1-0,5 мкс - это совсем не мало. Если источник сигнала имеет достаточно низкое сопротивление, и не требуется дополнительно формировать импульс(разброс 0,1-0,5 мкс вполне приемлем) - то прямо можно и запитать от него кабель. Я-то предпочитаю крутые фронты с драйверов. Если формирователь нать - можно ставить 15 В логику, напр. HEF40x, CD40x(забыл конкретные номера, мне больше всего нравится 6 инверторов. Параллелить можно). Именно для передачи резкого фронта - куда лучче ОУ. Попрог переключения - пол питания. Можно взять логику триггером Шмитта или согнуть оный из обычной с помощью 2 резисторов. Фронт заострится до предела.
За быстродействие вообще молчу. Если не затянуть большими сопротивлениями, фронт получишь 3-8 нс. Единственно, выходное сопротивление этой логики великовато(0,5-2 кОм на элемент), и после нее все равно лучше поставить двухтактный повторитель, как у Вас.
Транзисторы в общем рулят, при правильном приготовлении. Тот же BC846 с BC856 может дать фронт порядка 10 нс. Небольшой резистор(до 50 Ом) посл. выходу источника, +защитный диод можно ставить чисто для защиты этого выхода. Тянуть во время импульса оно будет до 0,1-0,15 ампера, это след иметь в виду. Столько примет кабель - 12В/120 Ом.
На конце кабеля можно поставить такую же логику, только для защиты желательно посл. ее входу резистор(0,5-1 кОм) и защитный диод на землю-питание(напр., BAV99). И, ессно, просто в параллель концу кабеля нужна согласующая нагрузка 120 Ом. Вход логики - чисто емкостной, порядка 5 пФ на элемент. Никак в качестве нагрузки не годится.

[Guest_TSerg_*]

*ЛН3 (SN54/SN74) вполне за сотню метров добивала, еще лучше: SN75461/*462 (аналог 1102АП11, АП12)

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn75461.pdf

[Tanya]

Ну таки да, лучше иметь больший уровень сигнала в кабеле, чтоб он меньше боялся помех.

Можно и на транзисторах... Но у ТС ОУ 30-ю вольтами питается.

[Nicolai326]

Можно и на транзисторах... Но у ТС ОУ 30-ю вольтами питается.

Данный ОУ не тянет по току, поэтому и поставил двухтактный повторитель. А ОУ поставил как первое что пришло в голову. Рассматривал ещё драйвер MC34152 (был под рукой), в принципе тоже устроил, но решение на ОУ показалось более универсальным, так как таких сигналов у меня несколько, несколько кабелей разной длины и сигналы отличаются по амплитуде.

Посмотрю сейчас логику, которую привели выше и сравню все что намакетировал и рассчитал.

[AnatolyT]

Согласование с кабелем со стороны передатчика все таки стоит сделать чтобы не было переотражений и выброса на фронте импульса, в кабеле со временем могут появиться неоднородности или в разъемах некачественный контакт. Скорость распространения сигнала в коаксиале на полиэтилене 200м\мкс, задержка в 120 м кабеля - 0.6 мкс, что соизмеримо с фронтом и длительностью импульса. Согласовать передатчик можно и параллельно чтобы в кабеле был требуемый импульс амплитудой 12В, резистор 75 Ом на землю с выхода повторителя.

[Nicolai326]

Здравствуйте. Со схемотехникой передатчика я определился. Решил все таки делать на ОУ с дополнительным двухтактным каскадом на транзисторах.
Но во время макетирования появился вопрос. При длине кабеля в 120 метров он дает задержку в 0,6 мкс. При этом фронт импульса на выходе согласованного кабеля имеет длительность 0,2-0,3 мкс.
В учебниках же пишут что граничным условием для передачи импульсов по линии передачи является соотношение: длительность фронта передаваемого импульса должна быть на порядок больше чем задержка вносимая линией передачи.
То есть у меня ситуация прямо противоположная вышеприведенному условию. Не могу сообразить грозит ли это чем? Или это нормально?

Сообщение отредактировал Nicolai326 - Feb 18 2014, 10:11

[Tanya]

Здравствуйте. Со схемотехникой передатчика я определился. Решил все таки делать на ОУ с дополнительным двухтактным каскадом на транзисторах.

фронт импульса на выходе согласованного кабеля имеет длительность 0,2-0,3 нс.

Что-то не верится. ОУ с транзисторами... кабель. А чем и как измеряете? Тут люди мучаются такие фронты получать...

В учебниках же пишут что граничным условием для передачи импульсов по линии передачи является соотношение: длительность фронта передаваемого импульса должна быть на порядок больше чем задержка вносимая линией передачи.

Где это пишут?

[Nicolai326]

Измеряю осциллографом TPS2024B
А данное условие вычитал в книге Цифровая схемотехника Е.Угрюмов, параграф 1.4, Искажения сигналов в несогласованных линиях
Вот снимок с экрана осциллографа, нижний импульс - сигнал на выходе согласованного кабеля.


Извиняюсь, ошибся с фронтом. Не 0.2-0.3 нс а 0.2-0.3мкс)))))

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Electrovoicer]

В учебниках же пишут что граничным условием для передачи импульсов по линии передачи является соотношение: длительность фронта передаваемого импульса должна быть на порядок больше чем задержка вносимая линией передачи.

На заборе тоже написано. Там речь про критерий, какую линию считать длинной, а какую - короткой. В случае длинной линии, вы просто должны согласовать импедансы передатчика-линии-приемника, в этом случае проблемы с отражениями будут минимальны. Ну а при ваших фронтах 200-300нс проблем вроде бы особых быть не должно
Также прошу не путать наносекунды и микросекунды. Не вводите людей в заблуждение.

[Tanya]

Извиняюсь, ошибся с фронтом. Не 0.2-0.3 нс а 0.2-0.3мкс)))))

Вот ведь... А так завлекали.

[Nicolai326]

Прошу прощения, болею, поэтому невнимателен.
Я понимаю что критерий. На сколько серьезно я должен относиться к нему в моем случае?

[Electrovoicer]

Прошу прощения, болею, поэтому невнимателен.
Я понимаю что критерий. На сколько серьезно я должен относиться к нему в моем случае?

Полагаю, эта статья будет полезной

[enom]

В учебниках же пишут что граничным условием для передачи импульсов по линии передачи является соотношение: длительность фронта передаваемого импульса должна быть на порядок больше чем задержка вносимая линией передачи.

На самом деле, зависимость более чем обратная. Хороший кабель имеет небольшую зависимость скорости распространения от частоты и целостность сигнала сохраняется, особенно, на низких частотах.
Главное - хорошее согласование по сопротивлению.
И непонятно, зачем закачивать такую мощность? Шумов в экранировнном кабеле не так много, особенно, если двойная экранировка - помехи ослабляются более чем на 90дб.

[Nicolai326]

И непонятно, зачем закачивать такую мощность? Шумов в экранировнном кабеле не так много, особенно, если двойная экранировка - помехи ослабляются более чем на 90дб.

Мне самому не понятно зачем. Потому что толком никто объяснить не может. А мне задачу поставили так: есть наш прибор, надо чтобы он выдавал в кабель вот такой сигнал, на другом конце другой прибор, какой не известно, единственно что согласованный с кабелем. Либо этого требует аппаратура на том конце кабеля, либо кто-то при составлении ТЗ, без всяких прикидок и расчетов, решил: "Давайте побольше вкачаем на всякий случай".
В общем я думаю что вопрос закрыт.

[Proffessor]

В учебниках же пишут что граничным условием для передачи импульсов по линии передачи является соотношение: длительность фронта передаваемого импульса должна быть на порядок больше чем задержка вносимая линией передачи.

Этот критерий касается несогласованных линий, но у Вас то будет согласованная.