Пикосекундные импульсы, Выделение пикосекундного импульса Опции

[Naixrim]

Здравствуйте. Собрал генератор пикосекундных импульсов с длительностью импульса в 500пкс. Прямоугольный сигнал с крутым фронтом проходит через дифференциатор и отрицательный фронт обрезается управляемым коммутатором, выделяя положительный пикосекундный импульс. Проблема в том, что на выходе наблюдается как сам импульс так и переходные функции при включении и выключении коммутатора. Частота выходного сигнала 1МГц, полоса 2ГГц.
Вопросов несколько:
- Как можно уменьшить\убрать влияние переходной функции коммутатора на выходной сигнал?
- Можно ли как-то по другому обрезать или убрать отрицательный фронт после дифференциатора?

Коммутаторы, что использовались:
HMC197BE
HMC435MS8G

Сообщение отредактировал Naixrim - Jul 19 2016, 07:55

[MegaVolt]

- Можно ли как-то по другому обрезать или убрать отрицательный фронт после дифференциатора?

А банальный ограничитель на шустром диоде подключенном к постоянному напряжению?

[VCO]

- Как можно уменьшить\убрать влияние переходной функции коммутатора на выходной сигнал?

Рискну предположить, что это фронты цифровой логики, а не коммутатора. Схемы нету, поэтому вангУю.

- Можно ли как-то по другому обрезать или убрать отрицательный фронт после дифференциатора?

Можно вообще по другому решить эту задачу, например, собрав генератор гармоник.
Частоты вполне себе умеренные, должно получиться лучше, чем с дифференцированием.

[Naixrim]

А банальный ограничитель на шустром диоде подключенном к постоянному напряжению?

А по подробней можно?

Рискну предположить, что это фронты цифровой логики, а не коммутатора. Схемы нету, поэтому вангУю.

Это все же фронты коммутатора, так как до коммутатора их нет, а также при подключении только коммутатора к осциллографу, на нем видно эти фронты

[yakub_EZ]

Я лет шесть назад делал быстрый (фронт нужен был как можно короче, 1нс и меньше) и высоковольтный (для раскачки оптического KDP модулятора, 600 Вольт размах) генератор импульсов на генераторе Маркса с лавинными транзисторами. Ни о каких полупроводниковых коммутаторов там речи, разумеется быть не могло, поэтому для среза спада импульса использовал кабельные формирователи на длинных линиях. По моему дело закончилось тривиальной конструкцией удвоителя напряжения. Состояла из двух коаксиальных кабелей одинаковой длины, со стороны генератора подключенных параллельно, а со стороны нагрузки последовательно. Т.е. экран одного с жилой другого. В итоге на выходе данной конструкции не могло получиться импульса дольше, чем помещалось в длину кабеля
Вдохновлялся книгами Адольфа Шваба, Геннадия Месяца и препринтом Белкина Шульженко

[VCO]

Это все же фронты коммутатора, так как до коммутатора их нет, а также при подключении только коммутатора к осциллографу, на нем видно эти фронты

Тогда схемку всё-таки лучше выложить, т.к. коммутаторы как бы рассчитаны на коммутацию радиосигнала, а тут всё-таки импульс.

[Naixrim]

Тогда схемку всё-таки лучше выложить, т.к. коммутаторы как бы рассчитаны на коммутацию радиосигнала, а тут всё-таки импульс.

Схема:





На входе 10Мгц
С ПЛИС выходит 2Мгц

D-триггер MC10FN431

Осциллограмма на выходе:



Вот как раз эти два отрицательные выбросы и есть переходные функции коммутатора при включении и выключении

[_pv]

а нельзя было просто триггеру выход обратно на ресет подать? без делителей в плис, диффернциальных цепочек и коммутаторов.
там tpd как раз те самые 500пс поди и будет.
тем более что триггеры и побыстрее есть, например NB7V52M.

[MegaVolt]

А по подробней можно?

сигнал -----|<|---- смещение равное паденю на диоде.
Соответственно если сигнал равне 0 и меньше диод открывается и всё что ниже нуля обрезается. Обычный диодный ограничитель. Только нужно какие нибудь шустрые диоды. Типа HMPS-282x

[Naixrim]

а нельзя было просто триггеру выход обратно на ресет подать? без делителей в плис, диффернциальных цепочек и коммутаторов.
там tpd как раз те самые 500пс поди и будет.
тем более что триггеры и побыстрее есть, например NB7V52M.

Делитель нужен, так как частота входного сигнала больше чем нужно, согласно ТЗ, а выходные импульсы должны выходить с частотой 1МГц. Ну или я вас не так понял.
У меня импульс быстрее чем 500пс, просто осциллограф не позволяет измерить точное значение.
Триггер выбирался из разряда сразу пойти и купить, а не ждать поставок со складов.

[Den64]

Делитель нужен, так как частота входного сигнала больше чем нужно, согласно ТЗ, а выходные импульсы должны выходить с частотой 1МГц.

Этот набор слов наверно что-то значит у Вас в голове, а мне и думаю другим не понятно.
Какой делитель, где он в схеме?
Какая входная частота сигнала? Входная частота в ПЛИС? Или какая?

У меня импульс быстрее чем 500пс, просто осциллограф не позволяет измерить точное значение.

Скажите хотя бы примерное. Хотя нам думаю не принципиально. Лучше бы схему принципиальную привели. И осциллограмму адекватную, с ценой деления клетки и входные сигналы если можно добавить на одну осциллограмму.

[Naixrim]

Этот набор слов наверно что-то значит у Вас в голове, а мне и думаю другим не понятно.
Какой делитель, где он в схеме?
Какая входная частота сигнала? Входная частота в ПЛИС? Или какая?


Скажите хотя бы примерное. Хотя нам думаю не принципиально. Лучше бы схему принципиальную привели. И осциллограмму адекватную, с ценой деления клетки и входные сигналы если можно добавить на одну осциллограмму.

Извиняюсь за свой русский язык. Делитель - делитель частоты и находится он в ПЛИС.

Осциллограммы добавлю когда будет возможность.

[VCO]

Коммутаторы, что использовались:
HMC197BE
HMC435MS8G

Схема:


На входе 10Мгц
С ПЛИС выходит 2Мгц
D-триггер MC10FN431

На этой "схеме" не вижу цепей согласования с 50-Омными входами и выходами коммутатора.
Осциллограммы сняты осциллографом с 1/10 МОмным входом? Или всё-таки вход 50-Омный?

[Green_Smoke]

На этой "схеме" не вижу цепей согласования с 50-Омными входами и выходами коммутатора.
Осциллограммы сняты осциллографом с 1/10 МОмным входом? Или всё-таки вход 50-Омный?

По небольшим частям осциллограммы можно догадаться, что вход осциллографа был 50-Омным. Развертка 50 нс на деление.
Я так понимаю, коммутатор работает согласно описанию. Время переключение порядка 10 нс.
И именно на этот период времени на выходе появляется сигнал отрицательной полярности.
Исходная идея позаимствована здесь
И главный вопрос ТС, адекватна ли работа коммутатора и можно ли использовать другое техническое решение для отрезки отрицательных импульсов?

[MegaVolt]

Кстати подумалось... ведь можно играть с формой входного импульса сделав его таким чтобы на дифф цепочке не было выброса. Например сделав его треугольным _____|\______

[VCO]

Исходная идея позаимствована здесь

Так там на схеме показано согласование коммутатора с логическим элементом, а в этой теме я пока этой информации не вижу.

Кстати подумалось... ведь можно играть с формой входного импульса сделав его таким чтобы на дифф цепочке не было выброса. Например сделав его треугольным _____|\______

Именно это я и имел в виду, предложив схему генератора гармоник.

[MegaVolt]

Именно это я и имел в виду, предложив схему генератора гармоник.

Если честно я не понял что это за генератор такой

[Green_Smoke]

Если честно я не понял что это за генератор такой

Это генератор пилот-сигнала для оценки фазы и амплитуды приемного тракта. Очень важны равномерность спектра гармоник в широкой полосе частот (до 20-30 ГГц в идеале) и фазовая стабильность.

[VCO]

Если честно я не понял что это за генератор такой

У нас в СВЧ-диапазоне они делаются на ДНЗ и на NLTL. На Мегагерцах они делаются гораздо проще на ПТ, ОУ и т.д.
Получается короткий иглообразный импульс с широким спектром, который потом можно обрезать по необходимости.

[Naixrim]

По небольшим частям осциллограммы можно догадаться, что вход осциллографа был 50-Омным. Развертка 50 нс на деление.
Я так понимаю, коммутатор работает согласно описанию. Время переключение порядка 10 нс.
И именно на этот период времени на выходе появляется сигнал отрицательной полярности.
Исходная идея позаимствована здесь
И главный вопрос ТС, адекватна ли работа коммутатора и можно ли использовать другое техническое решение для отрезки отрицательных импульсов?

Да, исходная идея оттуда, коммутатор отрезает отрицательный импульс корректно, но вносит свою передаточную функцию в выходной сигнал, что совершенно все портит. Другое техническое решение для отрезания отрицательных импульсов приветствуется!

Так там на схеме показано согласование коммутатора с логическим элементом, а в этой теме я пока этой информации не вижу.

Думаю так будет проще смотреть, не мог сразу прикрепить, извиняюсь

[_pv]

Да, исходная идея оттуда, коммутатор отрезает отрицательный импульс корректно, но вносит свою передаточную функцию в выходной сигнал, что совершенно все портит.

инжекцию заряда у ключа можно попробовать скомпенсировать добавив небольшую ёмкость переменную, с управления на выход, или на вход, там с полярностями надо определиться.

ну и еще дурацкая идея: может оно через ключ с управления на выход напрямую как-то пролазит, и достаточно будет просто фронты импульсов управления подзавалить RC цепочкой. (R21/R22 вместо перемычки пару килоом поставить).

[Naixrim]

ну и еще дурацкая идея: может оно через ключ с управления на выход напрямую как-то пролазит, и достаточно будет просто фронты импульсов управления подзавалить RC цепочкой. (R21/R22 вместо перемычки пару килоом поставить).

Ставил 100, 300, 1к, 3к Ом. Не помогало, только растягивало эти выбросы.

[_pv]

и по амплитуде при этом они такие же были?
ну и там времени 1мкс между импульсами, растянуть-то можно и побольше.

а если сделать разную задержку (резисторы) между A и B так, чтобы какое-то время оба в 1 или в 0 были?

[Naixrim]

и по амплитуде при этом они такие же были?
а если сделать разную задержку (резисторы) между A и B так, чтобы какое-то время оба в 1 или в 0 были?

Амплитуда уменьшалась, раза в два максимум, коммутатор потом просто переставал срабатывать.

Также пробовал подавать управляющие сигналы на А и В так, чтобы какое-то время они были одинаковыми, это ничего не изменяло.

[_pv]

ну тогда можно еще попробовать непосредственно вход ключа, после ёмкости, немного нагрузить резистором на землю. или r20c15 закоротить.

либо попробовать ключ использовать не как SPDT для переключения сигнала/земли к выходу, а выход брать прямо с ёмкости, а после ёмкости половина ключа SPST на землю.
тогда выход ключа всегда сидит на земле, и ключ заряд набрасывать не должен.

[VCO]

А что за триггер MC10FN431D? У ON Semi есть только MC10E431.

Если это он, то для импульсного режима при +5В желательно предусмотреть дополнительное согласование в виде куска 50-Омного кабеля перед коммутатором после конденсатора, как в исходнике. Длину подобрать экспериментально, начав с 75 мм, постепенно укорачивая по необходимости.

[Naixrim]

А что за триггер MC10FN431D? У ON Semi есть только MC10E431.

Если это он, то для импульсного режима при +5В желательно предусмотреть дополнительное согласование в виде куска 50-Омного кабеля перед коммутатором после конденсатора, как в исходнике. Длину подобрать экспериментально, начав с 75 мм, постепенно укорачивая по необходимости.

Я вроде ранее указывал именно MC10E431.

Я хотел бы слегка уточнить, если собрать платку где есть только коммутатор и ничего не подавать на вход, а только управлять переключением, то на выходе видно передаточную функцию. Каким образом доп. согласование поможет этого избежать? Саму идею я конечно попробую.

[VCO]

Я вроде ранее указывал именно MC10E431.

Смотрите выше.

Я хотел бы слегка уточнить, если собрать платку где есть только коммутатор и ничего не подавать на вход, а только управлять переключением, то на выходе видно передаточную функцию.

Не совсем понял, делали Вы это или нет. Без импульса эксперимент не имеет смысла, так как коммутатор и триггер работают в связке в импульсном режиме.

Каким образом доп. согласование поможет этого избежать?

Этот импульс имеет широкий спектр, а полуволновая линия связи может погасить отклик отражённого от коммутатора импульса.
Базовая частота 2 ГГц, длина волны - 150 мм.

[Naixrim]

D-триггер MC10FN431

Смотрите выше.

[MegaVolt]

У нас в СВЧ-диапазоне они делаются на ДНЗ и на NLTL. На Мегагерцах они делаются гораздо проще на ПТ, ОУ и т.д.
Получается короткий иглообразный импульс с широким спектром, который потом можно обрезать по необходимости.

Понял. Спасибо. Я с таким пока не сталкивался. По сути формирователь дельта импульса? А есть примеры схем глянуть как это делается?

[_pv]

Я хотел бы слегка уточнить, если собрать платку где есть только коммутатор и ничего не подавать на вход, а только управлять переключением, то на выходе видно передаточную функцию. Каким образом доп. согласование поможет этого избежать?

при переключении ключ набрасывает некоторое количество заряда с управления в тракт.
если со всех сторон по 50Ом, то этот заряд быстро через них рассосётся, а если вход висит в воздухе (0.2пФ), то даже небольшие пикокулоны сделают там много вольтов.

[Naixrim]

при переключении ключ набрасывает некоторое количество заряда с управления в тракт.
если со всех сторон по 50Ом, то этот заряд быстро через них рассосётся, а если вход висит в воздухе (0.2пФ), то даже небольшие пикокулоны сделают там много вольтов.

Там до и после коммутатора согласованно 50 Омной линией

[VCO]

По сути формирователь дельта импульса?

Я бы так не сказал, у дельта импульса спектр не такой, и он одиночный (неповторяющийся периодически).
Хотя я не знаком с формирователем дельта-импульса, поэтому не буду утверждать категорически.

А есть примеры схем глянуть как это делается?

Из простейших примеров:
http://www.edn.com/electronics-blogs/the-e...-comb-generator
Тут вместо SRD (ДНЗ) применены PIN-диоды.
Можно также посмотреть видео:
https://www.youtube.com/watch?v=km4_9r-5YdI
Там осциллограммы и спектрограммы ГГ на ДНЗ.

[MegaVolt]

Из простейших примеров:
http://www.edn.com/electronics-blogs/the-e...-comb-generator
Тут вместо SRD (ДНЗ) применены PIN-диоды.
Можно также посмотреть видео:
https://www.youtube.com/watch?v=km4_9r-5YdI
Там осциллограммы и спектрограммы ГГ на ДНЗ.

Спасибо Не знал про такое.

Я так понимаю форма импульса должна быть примерно такой как у него на осциллографе. Но не обязана быть именно такой бантик в бантик. Просто важны крутые фронты и периодичность. В результате получаем переодический спектр.

[VCO]

Я так понимаю форма импульса должна быть примерно такой как у него на осциллографе. Но не обязана быть именно такой бантик в бантик. Просто важны крутые фронты и периодичность. В результате получаем переодический спектр.

Ну я бы вот так логически рассуждал:
1. Идеальный синус имеет спектр в виде палки на его частоте.
2. Идеальный меандр имеет спектр в виде палки на его частоте и палок на нечётных гармониках, затухающих по некоторому закону.
3. Чтобы появились чётные гармоники, нужно меандр превратить в максимально несимметричный прямоугольный сигнал.
4. Чтобы усилить нечётные гармоники, нужны максимально крутые фронты.
5. И чисто логически приходим к периодически повторяющемуся дельта-импульсу.
6. Но последний в электронике недостижим, поэтому рекомендуется максимально острый игольчатый сигнал.
7. Но симметричный игольчатый сигнал я бы тоже не исключал из рассмотрения.
Причём у последнего вида сигнала иголки должны быть максимально близко друг к другу.

[MegaVolt]

Ну я бы вот так логически рассуждал:
1. Идеальный синус имеет спектр в виде палки на его частоте.
2. Идеальный меандр имеет спектр в виде палки на его частоте и палок на нечётных гармониках, затухающих по некоторому закону.
3. Чтобы появились чётные гармоники, нужно меандр превратить в максимально несимметричный прямоугольный сигнал.
4. Чтобы усилить нечётные гармоники, нужны максимально крутые фронты.
5. И чисто логически приходим к периодически повторяющемуся дельта-импульсу.
6. Но последний в электронике недостижим, поэтому рекомендуется максимально острый игольчатый сигнал.
7. Но симметричный игольчатый сигнал я бы тоже не исключал из рассмотрения.
Причём у последнего вида сигнала иголки должны быть максимально близко друг к другу.

Ага. Полностью согласен.

Правда не очень понятно как он получает ровный спектр. Ведь у периодического сигнала спектр Sin(x)/x и ровным его можно считать только на начальном небольшом участке. Или это он и показан?

[_pv]

Там до и после коммутатора согласованно 50 Омной линией

для времени переключения мультиплексора в 10нс, вход на котором только 0.2пФ - висит в воздухе.

[Naixrim]

для времени переключения мультиплексора в 10нс, вход на котором только 0.2пФ - висит в воздухе.

Извиняюсь, но я не понял, можете обьяснить по подробнее?

[_pv]

вход ключа подключен к выходу триггера только через 0.2пФ.
со стороны ключа, для 10нс времени переключения импеданс этих 0.2пФ - килоомы == вход висит в воздухе.
сам вход более никуда не подключен, соответственно заряду который ключ набрасывает в тракт с управления, некуда деваться кроме как на эту околонулевую ёмкость, создавая на ней большие напряжения которые и наблюдаются при переключении ключа.

[MegaVolt]

Может уже советовали. Цепочка с управления ключа на выход состояшая из инвертора и подстроечного конденсатора. Т.е. по сути вносим тот же заряд но в противофазе. подобором кондёра уравниваем амплитуды.

[Naixrim]

Может уже советовали. Цепочка с управления ключа на выход состояшая из инвертора и подстроечного конденсатора. Т.е. по сути вносим тот же заряд но в противофазе. подобором кондёра уравниваем амплитуды.

Что имеется в виду под управлением? Можно схемку, как это будет выглядеть?

[_pv]

Что имеется в виду под управлением? Можно схемку, как это будет выглядеть?

между входами управления A и/или B и сигнальным входом/выходом повесить небольшую переменную ёмкость.
только обычно это работает когда переключение сильно быстрее сигналов.
когда наоборот, подключенная пикофарада ёмкости может заметно зашунтировать выход.

[MegaVolt]

Что имеется в виду под управлением? Можно схемку, как это будет выглядеть?

У ключа есть 3 ножки вход выход и управление.
Кондёр вешается так: управление - инвертер - кондёр - выход.
Т.е. управление через ёмкость затовора вносит в сигнал помеху. Мы же добавляем такую же то в противофазе.