Стробоскопическая приставка к осциллографу, Надо смотреть импульсы длительностью сотни пикосекунд Опции

[Mirabella]

Уважаемые коллеги!
Приходилось слышать о самодельных стробоскопических приставках к обычным осциллографам.
Имеется ли у кого конкретная информация по этому поводу?

[khach]

Ну вот эта схемка как классика жанра. А какая полоса нужна?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Mirabella]

Ну вот эта схемка как классика жанра. А какая полоса нужна?

Необходимо смотреть сигналы длительностью сотни пикосекунд (100...500).
История появления необходимости именно приставки к осциллографу печальна:
по недосмотру в техническом задании имеются слова"...наблюдать форму принятых импульсов."
Практически сейчас это означает, что надо отдать Заказчику хороший осциллограф. Не хочется.
Но так как требуется "наблюдать", а не "измерять", возникла идея: вмонтировать прямо в изделие некую приставку, позволяющую использовать для этих целей существенно более дешевый осциллограф.
Уважаемый khach, Вы не могли бы дать ссылку на первоисточник этой схемы, т.к. с имеющимся разрещением трудно прочитать даже названия элементов.

Уважаемая Mirabella, скажите, является ли сигнал многократно повторяемым (вопрос, наверное, глупый, скорее всего, это так ).

Конечно,уважаемый Stanislav, сигнал многократно повторяемый, правда с не постоянным периодом повторений.

Мне кажется, что можно сделать такую приставку самостоятельно, с помощью УВХ с изменяемым временем выборки относительно фронта Вашего моноимпульса (сам моноимпульс, ессно, придётся немного задержать относительно момента синхронизации). Последовательный сдвиг времени выборки сейчас можно организовать на интегральных линиях задержки с цифровым управлением (посмотрю завтра на работе). Дискретность задержки, по-моему, измеряется величиной порядка 10 пс. Джиттер при многократном измерении (и усреднении) роли играть не должен, но если осциллок аналоговый, УВХ придётся выбирать также с малой апертурной неопределённостью (джиттером), порядка единиц пикосекунд. На горизонтальные пластины отклонения аналогового осциллка придётся подать напряжение, пропорциональное номеру выборки (минус константа, для центрирования). На выходе получим в идеале "точечную" функцию, интерполировав значения которой, можно восстановить форму импульса.


2 khach
Чтой-то уж больно замшелая схемма. Как получит джыттер в единицы-десятки пс на ней - непонял.
А, разобрался. Т - выход пилообразного напряжения. Пожалуй, работать будет, но для таких времён - вряд ли получится хорошая картинка.

Спасибо, уважаемый Stanislav.
В настоящее время меня интересует принципиальный вопрос: стоит ли начинать самостоятельную разработку, или можно воспользоваться плодами чужих трудов?
Желающих взяться за разработку у нас оказалось неожиданно большое количество, однако запрашиваемые средства превышают стоимость покупного осциллографа.
Я, к сожалению, не являюсь специалистом в этой области, поэтому и решила спросить уважаемых коллег.

Если Вы не найдете похожий или лучше... на некоторое время... мог бы дать поработать...

Спасибо, уважаемый nicom , сигнал смотреть мы можем, есть неплохие приборы, жалко их отдавать.

[khach]

Необходимо смотреть сигналы длительностью сотни пикосекунд (100...500).

Уважаемый khach, Вы не могли бы дать ссылку на первоисточник этой схемы, т.к. с имеющимся разрещением трудно прочитать даже названия элементов.

Оригинал лежит тут http://www.elecdesign.com/Articles/ArticleID/4749/4749.html но качество там так же плачевно.
Длительность в пикосекунды это понятно, какая полоса нужна (крутизна фронтов)?
В таких схемах есть две проблемы- семплирующий мост и генератор семплирующих импульсов.
Если делать диодный семплер, то диоды лучше всего выдирать из микромодульных смесителей, по крайне мере с ними результаты были лучше, чем с корпусированными мостами от HP. С некоторым успехом применяли СВЧ головки от СВЧ частотомеров Ч3-68 и Ч3-69- в них семплирующий мост и генератор импульса находятся внутри, хотя линейность и динамический диапазон оставляют желать лучшего.
Сейчас появилась удивительная микросхема от Hittite hmc660. Но тк в железе ее еще неприменял, советую с осторожностью.
По теории очень хорошо почитать мануалы на стробоскопические приставки к старым Текстрониксам -1S1, 3S1, 7S11- в них есть и схемы и методика настройки.
Как делать пикосекундную задержку? или аналоговую на ГЛИН, или можно поставить двойной DDS от АД и сдвигом фаз между каналами задавать задержку. С аналоговой проблемы в необходимости постоянной калибровки, чувствительности к шумам питания, плывет с температурой. Но точность в 5-10 пс сделать можно.

[Stanislav]

Длительность в пикосекунды это понятно, какая полоса нужна (крутизна фронтов)?
В таких схемах есть две проблемы- семплирующий мост и генератор семплирующих импульсов.
Если делать диодный семплер, то диоды лучше всего выдирать из микромодульных смесителей, по крайне мере с ними результаты были лучше, чем с корпусированными мостами от HP.

А какой компаратор за 100 пс хотя бы один раз переключиться успеет?

...Как делать пикосекундную задержку? или аналоговую на ГЛИН, или можно поставить двойной DDS от АД и сдвигом фаз между каналами задавать задержку. С аналоговой проблемы в необходимости постоянной калибровки, чувствительности к шумам питания, плывет с температурой. Но точность в 5-10 пс сделать можно.

Простите, непонятно что-то. Какой сигнал относительно какого Вы предлагаете задерживать с помощью DDS или ГЛИН?

[khach]

[quote name='Stanislav' date='Dec 27 2006, 20:41' post='191651']
А какой компаратор за 100 пс хотя бы один раз переключиться успеет?
Ненадо ему за 100 пикосекунд переключаться- можно и за 3-4 нс. Главное, чтобы задержка в схеме изменялась плавно, желательно линейно, и с точностью в эти самые 10 пс. Смотри схему (сорри за качество- скан с оригинальной доки). Даже такая тупая схема дает джиттер менее 50 пс. А если делать на ЭСЛ, ключи типа HFA3134 and HFA3135 применять, компараторы типа ADCMP580 то и до единиц пс можно дотянуть.

[quote]Простите, непонятно что-то. Какой сигнал относительно какого Вы предлагаете задерживать с помощью DDS или ГЛИН?
[/quote]
В моем случае тактовый генератор стробоскопа был ведущим для исследуемой схемы. Для этого использовался один из каналов DDS. Второй, с соответствующей фазой, запускал генератор семплирующих импульсов. С DDS меньше проблем с аналоговой частью, чем с ГЛИН. Но с другой стороны, "вылизанный" ГЛИН все таки дает лучшее качество (меньше джиттер).
Конечно, у схемы с ГЛИН должне быть вход синхронизации. И тут тоже есть проблемы- при гигагерцовых сигналах никакой компаратор неуспеет надежно запустить схему, поэтому часто на входе стоит обычный СВЧ прескалер и схема "развертки" запускается только на каждый 8-16 фронт сигнала.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Stanislav]

А какой компаратор за 100 пс хотя бы один раз переключиться успеет?

Ненадо ему за 100 пикосекунд переключаться- можно и за 3-4 нс. Главное, чтобы задержка в схеме изменялась плавно, желательно линейно, и с точностью в эти самые 10 пс.

Как это "ненадо"? Мы говорили о схеме из поста #2, верно?
Вход левого верхнего компаратора MAX961 подключен к согласованному широкополосному тракту; за 100 пс длительности входного импульса его выход и шевельнуться не успеет! Следовательно, схема абсолютно неприменима для решения данной задачи.
Ваше рассуждение было бы правильным (и то с большой натяжкой), если бы длина импульса превышала время переключения компаратора.

...Смотри схему (сорри за качество- скан с оригинальной доки). Даже такая тупая схема дает джиттер менее 50 пс. А если делать на ЭСЛ, ключи типа HFA3134 and HFA3135 применять, компараторы типа ADCMP580 то и до единиц пс можно дотянуть.

Скан, конечно, жуткий, но если предположить, что верхний левый терминал подключён к выходу ГЛИН, а нижний левый - это сигнал, то становится также понятно, что схема абсолютно неработоспособна при заданных длительностях входного импульса. Если есть желание, предлагаю проанализировать её совместно, т.к. тема весьма интересная.

...В моем случае тактовый генератор стробоскопа был ведущим для исследуемой схемы. Для этого использовался один из каналов DDS. Второй, с соответствующей фазой, запускал генератор семплирующих импульсов. С DDS меньше проблем с аналоговой частью, чем с ГЛИН. Но с другой стороны, "вылизанный" ГЛИН все таки дает лучшее качество (меньше джиттер)...
...................................

Простите, но какое это имеет отношение к вопросу, заданному в теме? Здесь речь идёт не о метрологии, и даже не о том, как получить малый джиттер. Вследствие умозаключения, что комп для отображения сигнала годится, от джиттера можно довольно легко отделаться путём усреднения выборок во временной и амплитудной шкале. Суть задачи заключается. как уже сказано, в наблюдении формы импульса длительностью минимум в 100 пс.

2 Mirabella.

Вчера "муза" данной проблеммы посетила. А что, если вместо УВХ использовать обычный широкополосный пассивный миксер/перемножитель aka ADL5350? На один вход подаём сам сигнал, задержанный на фиксированное время, на другой - его реплику с программируемой линии задержки (вроде как вычисляем дискретную во времени автокорреляционную функцию сигнала). На выходе - мелкий кондёр (ёмкость монтажа) и повторитель напряжения. Если априорно известна общая его форма, более-менее точную форму восстановить не составит труда.
Только данные с такого "УВХ" нужно успеть снять до прихода следующего импульса, иначе придётся запирать тракт на время оцифровки, что весьма противно.
Эту мысль ещё надо додумать (жду возражений).
Кстати, а каково минимальное время между импульсами?

[khach]

Вход левого верхнего компаратора MAX961 подключен к согласованному широкополосному тракту; за 100 пс длительности входного импульса его выход и шевельнуться не успеет! Следовательно, схема абсолютно неприменима для решения данной задачи.

Понятное дело, что схема из поста #2 к 100 пс никакого отношения не имеет- изначально она рассчитана на 1 нс. Но с другой стороны уважаемая Mirabella говорила о СОТНЯХ пс. А при некоторых переделках данную схему удалось дотянуть до 2.5Ггц (другой первый семплирующий мост, прескалерный счетный триггер, линия задержки выкинута вообще, т.к было без разницы, каким по счету импульсом запускаться). А на 10 ГГц уже надо делать все на микрополосках, генератор строб сигнала на SRD (step recovery diode, гдеб его еще взять). Вопрос триггерования вообще отдельный-скорее всего это будет собственный генератор с ФАПЧ, следящий за исследуемым сигналом и управляемая фазовая задержка. Конечно это при условии периодичности исследуемого сигнала. Что понимается под "квазипериодичностью", то очень желательно, чтобы уважаемая Mirabella этот вопрос осветила, а то мы тут такого насоветуем...
А по поводу топологии семплирующей головки мне нравится этот дизайн

Прикрепленные файлы

 A_low_cost_uniplanar_sampling_down_converter_with_internal_local_oscillator__pulse_generator__and_IF_amplifier_1_.pdf ( 88.67 килобайт ) Кол-во скачиваний: 168

 

[Stanislav]

Понятное дело, что схема из поста #2 к 100 пс никакого отношения не имеет- изначально она рассчитана на 1 нс. Но с другой стороны уважаемая Mirabella говорила о СОТНЯХ пс...

Извините, но я не понял. 1 нс = 1000 пс.
Данный компаратор имеет время переключения 4,5 нс минимум, и время его срабатывания резко увеличивается при уменьшении перепада напяжений на входах.
Гарантии, что он успеет переключиться за ~0,5 нс (примерно половина 1 нс импульса), нет. Кроме того, времена его переключения из "1" в "0" и из "0" в "1" существенно различаются.

[khach]

Извините, но я не понял. 1 нс = 1000 пс.
Данный компаратор имеет время переключения 4,5 нс минимум, и время его срабатывания резко увеличивается при уменьшении перепада напяжений на входах.
Гарантии, что он успеет переключиться за ~0,5 нс (примерно половина 1 нс импульса), нет. Кроме того, времена его переключения из "1" в "0" и из "0" в "1" существенно различаются.

У MAX961 4.5nc это Задержка от входа до выхода, а не параметр 'full bandwidth" (или минимальная длительность импульса)-это разные вещи. Т.е на 1нс имульс (достаточной ампитуды) компаратор выдаст растянутый импульс в 2-3нс с задержкой в 4.5нс. После появления импульса на выходе компаратор становится на "самозащелку" через входы LE. Не опишу подробно поведение этой схемы в режиме метастабильности (оно еще зависит от крутизны фронтов импульса), но рассмотреть в подробностях 4 нс импульс (с выбросом в 500ps на переднем фронте, с которым мы боролись и текстроникс его в упор невидел) она позволила. Но с компаратором мы достаточно быстро смигрировали на MAX9601. Обратите внимание, у MAX9601 в параметрах прямо прописано- минимальная длительность импульса на входе -250ps при задержке 500 и вообще компаратор позиционируется как 500ps. А вообще эта область электроники такой шаманизм...
А название схемы оставляю на совети авторов. Пишите автору, доколупывайтесь, почему он так назвал статью в elecdesign.

1-GHz Sampling Oscilloscope Front End Is Easily Modified
Hubert Houtman

[Stanislav]

Извините, но я не понял. 1 нс = 1000 пс.
Данный компаратор имеет время переключения 4,5 нс минимум, и время его срабатывания резко увеличивается при уменьшении перепада напяжений на входах.
Гарантии, что он успеет переключиться за ~0,5 нс (примерно половина 1 нс импульса), нет. Кроме того, времена его переключения из "1" в "0" и из "0" в "1" существенно различаются.

У MAX961 4.5nc это Задержка от входа до выхода, а не параметр 'full bandwidth" (или минимальная длительность импульса)-это разные вещи.

Чем дальше в лес, тем больше дров.
Не ткнёте ли носом в данную характеристику обсуждаемого компаратора?

Т.е на 1нс имульс (достаточной ампитуды) компаратор выдаст растянутый импульс в 2-3нс с задержкой в 4.5нс. После появления импульса на выходе компаратор становится на "самозащелку" через входы LE. Не опишу подробно поведение этой схемы в режиме метастабильности (оно еще зависит от крутизны фронтов импульса), но рассмотреть в подробностях 4 нс импульс (с выбросом в 500ps на переднем фронте, с которым мы боролись и текстроникс его в упор невидел) она позволила...

А вот мне кажется, что при длительности входного импулься пусть даже в 1 нС и амплитудой порядка сотни мВ данный компаратор работать не будет. По крайней мере, его переключение, как я и писал, абсолютно не гарантировано.
На 100 пС компараторов вообще не существует.