schneller Saegezahngenerator gesucht

Ich suche Schaltungsideen zur Lösung dieses Problems: Es sollen die Zeitdifferenzen zwischen digitalen Pulsen mit hoher Auflösung digital gemessen werden. Dazu dient ein Datenaufnahmesystem mit schnellen ADCs, das mit 125MHz getaktet wird. Dadurch erreichen wir erstmal eine Grobauflösung von 8ns. Die Feinauflösung soll dadurch erreicht werden, dass der Signalanstieg z.B. über ein RC-Glied langsam gemacht wird und die Amplitude die Feinauflösung ergibt.

Als Testaufbau mit einem Imulsgenerator funktioniert das auch schon einigermaßen und es werden Auflösungen von unter 100ps erreicht. Durch die RC-Ladekurve hat man jedoch Nichtlinearitäten, die wir mit einer Lookup-Table ausgleichen. Nachteilig ist aber die Entladekurve, die für uns keine Information enthält, aber für eine große Totzeit sorgt.

Ich suche also einen extern triggerbaren Sägezahngenerator, der in 10 bis 15ns hoch läuft und in möglichst kurzer Zeit wieder in zurück läuft. Im Prinzip ist das ja die Trigger- und Ablenkeinheit analoger Scopes. Aber wie baue ich das, ohne dass das ein Transistorgrab wird? Wir benötigen die Schaltung nämlich für 7 Kanäle.

Ich habe mir auch schon den Schaltplan meines HP 8007B Impulsgenerators angeschaut. Leider benutzen sie in diesem Bereich fast ausschließlich ihre eigenen Transistoren, von denen nicht mal mehr Datenblätter zu finden sind. Interessant ist übrigens der Typ, der das IC 1820-0285 unter dem Mikroskop untersucht hat, um es dann erfolgreich nachzubauen:

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Wer hat Schaltungsideen?

Mathias Weierganz

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Mathias Weierganz
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Viele Wege fuehren nach Rom.

Methode 1: Man koennte z.B. einen Integrator bauen der in 10-15nsec hochlaeuft und danach den Kondensator brachial per 2N7002 oder so entlaedt. Geht in unter 1nsec.

Methode 2: man nimmt zwei Integratoren. Waehrend der eine gerade entlaedt wird der andere benutzt. Ping-Pong sozusagen.

Methode 3, waere mein Favorit da billig: C wird aufgeladen bis zur naechsten 8nsec Flanke, dann wieder entladen bis zur Flanke danach. Dann wieder aufgeladen. Und so weiter. Damit hast Du ein Dreieck und kannst zu jeder Zeit eine Feinmessung machen.

Ich wuerde auch erwaegen eine richtige Stromquellen zu nehmen.

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Gruesse, Joerg

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Joerg

Am 20.07.2012 15:45, schrieb Joerg:

Blöderweise lädt man dabei per Miller den Kondensator, den man eigentlich auf 0V entladen wollte, auf ne negative Spannung auf (beim Abschalten des Gates). Das muss man berücksichtigen. (Charge Injection)

Michael

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Michael S

Joerg schrieb:

Hallo,

was bringt das wenn die 8 ns nicht zu den zu messenden Pulsen gehören sondern zu dem Abtasttakt von 125 MHz für die ADCs?

Zwischen den zu messenden Pulsen hat er ja offenbar keine feste Pause weshalb er die Sägezahnschaltung möglichst schnell zurücksetzen will.

Bye

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Uwe Hercksen

Schon, aber die Hoehe des Treiberpulses und die Kapazitaet sind ja konstant und das kann man rausrechnen. Heutzutage hat doch jeder einen bis an die Zaehne motorisierten ARM uC dahinter :-)

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Gruesse, Joerg

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Joerg

Wo liegt da das Problem? Genauso haben wir es schon gemacht. Bei uns war zwar der Sendepuls synchron zum ADC-Takt aber die Stelle wo es reflektierte war a priori nicht bekannt und bewegte sich.

Dann nimmt man eben eine Entladung mit kontrolliertem Strom und misst auch waehrend der Entladung, oder im Idealfall sind Lade- und Entladestrom gleich. Hat man ein Dreieck, dann ist das Problem aus der Welt.

--
Gruesse, Joerg

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Joerg

Also, ich muss gestehen, dass ich dein Messprinzip noch nicht verstanden habe.

Mathias.

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Mathias Weierganz

Miller ist zwischen zwei FETs aus womöglich sogar unterschiedlichen Chargen aber nicht konstant. Müsste man also rauskalibrieren. Unter Umständen geht sogar die Temperatur mit rein, was die Hersteller aber in der Regel nicht spezifizieren.

Michael

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Michael S

Am Freitag, 20. Juli 2012 14:52:42 UTC+2 schrieb Mathias Weierganz:

ie

ital

Wenn es nicht kostensensitiv ist, guck doch mal nach TDC-Bausteinen (Time D= igital Converter). Gibt es diverse, z. B. bei

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musst sonst einf= ach mal googlen. Da gibt es im Markt so viele verschiedene Typen, Aufl=F6su= ngen in ps-Bereich, Messbereich bis =B5s (oder gr=F6=DFer).=20

mfg Henning

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Henning Trispel

[...]

Es gibt zwei Schalter die je bei einem Puls ein und beim naechsten ausgeschaltet werden. Aber um eine Pulsperiode zeitversetzt. Einer davon schaltet ein RC Glied an eine Referenzspannung, der andere nach Masse. So hat man in jedem Zeitintervall eine Rampe, nur geht sie in 50% der Intervalle nach oben, in den anderen 50% nach unten. Da das System aber weiss in welchen es nach unten geht kann es dennoch messen.

Nun nimmt man ein schnelles Sample Gate und sobald ein digitaler Puls kommt misst das die Spannung am Kondensator. Aber es setzt den nicht auf Null zurueck.

Das ganze fluppt natuerlich nur wenn man Sample Pulse im 100psec Bereich hinkriegt. Wenn das nicht erwuenscht ist dann bliebe nur die Variante mit zwei RC Gliedern im Ping-Pong Verfahren. Damit haette jedes 8nsec zum Entladen zur Verfuegung was ja reichen sollte.

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Gruesse, Joerg

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Joerg

Da gibt es sehr huebsche Loesungen. Dieses Array ist (endlich!) wieder in den $2 Bereich gerutscht, eine zeitlang lagen sie ueber $5 und ich habe sie in der Zeit daher kaum noch verwenden koennen:

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Aber aufpassen mit dem Substratanschluss. Full Confession: Bei meinem ersten Versuchsaufbau anno dunnemal hatte ich den, aehm, nun ja, vergessen.

Dann gibt es noch diese sehr praktische nicht-monolithische Variante, habe ich in letzter Zeit haeufiger fuer andere timing-kritische Zwecke benutzt wo ich Rdson im Bereich weniger Ohm brauchte:

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Auch im Bereich Kawumm (zig milliOhm) gibt es noch Loesungen, meist bestehend aus zwei FETs die fuer Sync Buck Converters gedacht sind wo aber eine nicht artgerechte Verwendung nicht strafbar ist.

Bei nicht-monolithischen Loesungen kann es theoretisch passieren dass einige wenige Boards im Endtest durchfallen weil die FETs nicht vom gleichen Wafer kamen. Ist normalerweise jedoch selten.

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Gruesse, Joerg

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Joerg

Henning Trispel schrieb:

und MSC.

Servus

Oliver

--
Oliver Betz, Munich
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Oliver Betz

Am 26.7.2012 18:49, schrieb Oliver Betz:

ACAM kenne ich. Unser Datenaufnahmesystem steht aber schon fest. Wir benutzen ein System von Struck aus Hamburg (SIS8300). Dabei haben wir den Vorteil, dass uns Struck den Quellcode des Virtex offengelegt hat und wir daher die Datenvorverarbeitung im Virtex erledigen können. Auch die Amplituden-zu-Zeit-Wandlung wird im Virtex erledigt. Dort können dann auch Events geprüft und verworfen werden und damit der Datenstrom reduziert werden. Andere Firmen waren nicht so freundlich. Sie hätten uns das Programm natürlich geschrieben gegen einen Obulus. Dagegen ist ja nichts einzuwenden. Wer aber Physiker kennt, der weiß, das das erste Konzept lange nicht das letzte ist. Jede Programmänderung müssten wir bezahlen und das dauert dann ja auch immer eine gewisse Zeit. Deswegen sind wir froh, wenn wir das in unserer Hand haben können.

Mein Sägezahngenerator sieht jetzt übrigens so aus, dass eine Stromquelle von etwa 6mA einen Kondensator dauerhaft lädt. Im Ruhezustand wird der Kondensator allerdings durch eine zweite Stromquelle mit etwa 50mA entladen. Eine Begrenzerdiode hält das Potential am Kondensator auf -0.7V. Ein Eingangssignal schaltet die Entladequelle ab, und der Pegel am C steigt. Wenn das Eingangssignal eine Breite von 12ns hat, habe ich einen ausreichenden linearen Bereich und nach 20ns bin ich wieder in der Ausgangslage.

Jörgs Vorschlag mit dem brachialen Entladen mit einem MOSFET sah schon in der Simulation nicht besonders gut aus. Meine Schaltung sieht in der Simulation recht gut aus, aber das heißt ja noch nichts. Ein schneller Aufbau mit BFG31 und BFG97 haben aber gezeigt, dass wir damit gut arbeiten können.

BTW, welchen Transistor kann man denn als pnp-Äquivalent zum BFS17 nehmen?

Mathias.

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Mathias Weierganz

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