Lavinový generátor pulzů — konečně konec…snad

Včera mi to asi už moc nemyslelo když jsem psala něco o AM na pulzech, protože jsem se chytila první věci, kterou jsem viděla a snažila jsem se jí nějak vysvětlit. Osvícení přišlo až o pěti ráno po probuzení z hrůzného snu. A ano, tento odstavec bude spíše o digitálním osciloskopu než o vlastním generátoru pulzů, protože všechno je jinak. Když se totiž podíváte na včerejší obrázky, vidíte na první pohled funkci y=sinc(x) (pro neznalé sinc(x) neboli sinus cardinalis je sin(x)/x pro x≠0, jinak je rovna 1). Tato funkce je zajimavá z mnoha důvodů, podstatnější pro náš případ je, že se používá coby aproximace. Takže pokud vám DSO ukáže něco, co vypadá jako sinc(x), máte ale okamžitě zpozornět, protože je to odezva aproximace, nikoliv reálný signál. Pochopitelně že to vím, ale když se to potom stane, tak mě to prostě nenapadne. Pochopitelně, 200MS/s není moc a to, co jsem viděla, byla řádka nul v akviziční pamětí z kterého na jednom místě vyskočilo cosi nahoru. Tato radost se pak na obrazovce zobrazí jako sinc(x) a protože ta věc nemá analogový trigger (tohle taky není pravda, ale nepředbíhejme v příběhu), pak se sample prostě nějak sejde s uzoučkým pulzem, no a tím je daná amplituda sinc(x) aproximace zobrazené na obrazovce DSO. To se samozřejmě dvakrát netrefí do stejného bodu, takže to bude chodit někde mezi triggerem a reálnou špičkou signálu. No a vypadá to jako nádherná AMka. Bože té radosti! Pochopitelně první věc, která mne napadla, bylo vypnutí sinc(x) aproximace, což buď nejde, nebo nevím jak to udělat. Napadla mne teda druhá spásná myšlenka - zapnout prokládané vzorkování, jenomže to jsem v menu také nenašla. Pak už jsem řvala a klela až se mi podařilo omylem trefit tlačítko Auto-Scale a dostala něco, co vypadalo takhle:

To je tak rámcově to, co chci vidět, takže ten osciloskop umí prokládané vzorkování, jenomže kde se to sakra nastavuje? Dlouhý příběh krátce. Pod tlačítkem Acquire je cosi s naprosto nicneříkajícím názvem Real mode, což pozor musíte vypnout abyste dostali prokládané vzorkování. A opravdu nevím kam až se to dokáže vyhrabat. Podstatné je, že když tuto věc zapnete (ať už záměrně, nebo to prostě zůstane zapnuté a vy si toho nevšimnete), změní se cosi dost zásadním způsobem i v triggeru, skoro to na mne dělá dojem, že zapnutím Real mode osciloskop vypne hardwarový trigger, A/D převodník potom sampluje na freerun, a trigger se dělá softwarově, nebo spíš na digitální straně. Je to dojem, neříkám, že to tak je, ale pokud tuto blbost vypnete, pak se sample asi chytne fázovým závěsem na trigger a začne v nějakých jemných krocích prokládat. Jestli to tak je, nebo není, netuším. Manuál tvrdí pouze tolik, že Real mode je určený na odchytávání nepravidelných či jednorázových signálů, ale co přesně to udělá, to se nedozvíte. Každopádně tuto věc je asi lépe nechávat vypnutou, ikdyž jsou to všechno první dojmy, ještě to podrobím důkladnějšímu výzkumu. Každopádně znalost funkce přístrojů je důležitá.

Zbytek už se tedy nesl toliko ve znamení nějakého elementárního uklizení na desce a prvních testů. Na tomto místě se ještě trochu pověnuji předcházejícímu obrázku. Náběžná hrana má délku 3.90ns, my ale víme, že reálná náběžná hrana bude daleko strmější, její vlastní strmost můžeme zanedbat, čili to, co ohýbá hranu pulzu je v tomto případě kmitočtová šířka osciloskopu. Pro gausovský pulz tedy budeme uvažovat 0.35/Δt, čili 89.7MHz, což u 60MHz osciloskopu není vůbec špatný výsledek. A ano, s vypnutým Real mode. Tohle mě bude strašit a vytáčet ještě hodně dlouho. Nicméně vrhněme se na nějaká další měření:

Takto to prosím vypadá, když na výstup generátoru (kde je zároveň i vstup osciloskopu) připojíte kus koaxiálního kabelu. Můžete pochopitelně změřit jeho elektrickou délku, vidíte, že pulz se vrací se zpožděním 28.2ns, což odpovídá délce 0.3 × 28.2 = 8.46m, jenže signál jde tam i zpět, čili urazí dvojnásobnou vzdálenost, čili elektrická délka kabelu je poloviční, čili 4.23m. V tomto případě byl konec kabelu rozpojený, v následujícím ho zkusíme zkratovat:

Vidíte, že zkratováním konce vedení se pulz otočil do záporné strany. Současně vidíte, že záporný pulz se odrazil ještě jednou od samotného generátoru a vrátil se nám ještě jednou převrácený zpět na kladnou stranu. Posledním případem je situace, kdy je vedení zakončeno zátéží, jejíž impedance odpovídá charakteristické impedanci kabelu. V tomto případě se pulz neodrazí, ale namísto toho je pohlcen zátěží.

No a jasně vidíte, že se to až tak úplně nepovedlo, protože nějaký maličký odraz tam je. Nicméně většina energie se skutečně pohltila. Příčinou toho odrazu s největší pravděpodobností je, že jednak sama zátěž není absolutně přesná a myslím si, že ani charakteristická impedance kabelu není deklarovaných 50Ω. Na tomto místě se mimochodem otevírá další věc, kterou lze měřit pomocí úzkých pulzů. Totiž pokud zakončíte vedení rezistorem s proměným odporem, potom můžete najít místo, kde má vedení nejmenší odraz. A následným změřením takto nastavené zátěže zjistíte charakteristickou impedanci vedení. Je to jeden ze způsobů, který lze použít. Pochopitelně budete mít problémy s délkou vývodů, vlastnostmi běžce atd., protože tyto prvky budou tvořit součást vedení.

Závěrem už vlastně není moc co dodat. Konstrukce je kompletně postavená SMT, pouze tlumivka a jeden z kondenzátorů je v THT. Deska není nijak leptaná, je použita metoda lepení výstřižků ze samolepicí měděné folie na cuprextit, druhá strana cuprextitu potom tvoří vodivou zemní rovinu. Zbývá tedy nakreslit schema, nakreslit desku a napsat dokumentaci. A případně natočit video.

Prototyp asi ještě opatrně zafouknu do smršťovačky, ono přeci jen, sáhnout si omylem na 200V DC není nic příjemného.