Hallo! Ich habe hier eine Messung, bei der ich mir nicht sicher bin, wie sie zu interpretieren ist. Die Situation ist folgende: Gegenstand ist eine Schaltung, die ein gegebenes (hochfrequentes) Signal um eine kurze Zeit verzögern soll. Diese Zeit muss digital einstellbar sein. Ein Foto der Schaltung findet sich im Anhang; eigentlich ist der Aufbau sehr einfach: Immer zwei Hochfrequenzschalter, die synchron geschaltet werden, leiten das Signal entweder direkt weiter oder durch ein Koaxialkabel. Von diesen Schalter-Koaxkabel-Blöcken sind einige hintereinander geschaltet, mit Kabeln verschiedener Länge, in meinem Fall erstmal 2m, 4m, 8m und 16m. Ich hoffe es ist klar, wie das Ding funktionieren soll, wenn nicht, beschreibe ich das gern genauer. Der Schaltplan ist leider ein bisschen unübersichtlich wegen der vielen Logikkabel. ;) Bevor ich die Kabel an die Schaltung gelötet habe, ergab sich folgendes Bild, wenn man alle Schalter so schaltet, dass das Signal eigentlich durch das (nicht angeschlossene) Kabel müsste: [Anhang: "del new.png"] Schaltet man alle Schalter auf Durchlass, so ergibt sich stattdessen das: [Anhang: "del all off.png"] Ein bisschen verwundert bin ich ja schon, dass das Signal trotz "sperrender" Schalter noch so groß ist (-33dB, immerhin). Es scheint mir ein bisschen viel für das Übersprechen des Signals über eine so große Distanz. Der Verlust wenn man alle Schalter auf Durchlass schaltet ist allerdings das was ich erwarten würde, laut Datenblatt [1] von den Schaltern und Verlust von den Steckern. Ich habe jetzt die Kabel an das Ding gelötet und dann ein bisschen getestet (die Längenangabe im Dateinamen ist immer die Gesamtlänge des Koaxkabels, durch das das Signal muss). Das sind die restlichen Bilder im Anhang. Ich frage mich nun, wie die "Wellen" zustande kommen, sieht irgendwie aus wie so ein Filter, den man aus Kabeln zusammenstecken kann. Ich habe mir überlegt, ob das die Interferenz des übersprechenden Signals mit dem "echten" sein könnte (die beiden sind ja phasenverschoben), aber irgendwie passt das nicht, weil gerade bei kleinen Frequenzen das übersprechende Signal ja extrem klein ist und da sind die "Wellen" trotzdem vorhanden. Auffällig ist, dass der Abstand zwischen den Peaks relativ gut der Wellenlänge in dem Kabel entspricht: 4m Kabel: Delta 57.5 MHz = 3.47m Wellenlänge 8m Kabel: Delta 27.5 MHz = 7.27m Wellenlänge 16m Kabel: Delta 13.3 MHz = 15.0m Wellenlänge 24m Kabel: Delta 8.7 MHz = 23.0m Wellenlänge 30m Kabel: Delta 7.1 MHz = 28.2m Wellenlänge Mir ist aber nicht klar, wie das kausal zusammenhängt. Tja, ich habe schon ein schlechtes Gewissen, weil ich hier so viele Threads aufmache... aber ich hoffe einfach mal, es macht euch genausoviel Spaß darüber zu knobeln wie mir. ;) Grüße, Sven P.S.: Ja, die Logiksignale gehen unter dem HF-Track durch. Aber die werden nicht umgeschaltet, während das Signal ausgewertet wird, deshalb denke ich dass das relativ egal ist. Ein nennenswerter Strom fließt auch nicht. Außerdem stehen die beiden senkrecht aufeinander. ________ [1] http://www.skyworksinc.com/uploads/documents/200105E.pdf
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Nachtrag: Die Schalter haben aber schon 50 Ohm Impedanz, oder? Steht irgendwie so arg explizit nicht im Datenblatt. Die Frage, wo das starke Übersprechen (?) herkommt, wollte ich auch nochmal betonen, das habe ich irgendwie nicht so deutlich formuliert, dass ich das komisch finde.
Hallo, dein Aufbau ist nicht HF-Gerecht, Impedanzen blieben im Layout wohl unberücksichtigt, die Steuerleitungen unter die HF-Koppelkondensatoren durchzulegen ist zumindest "verwegen" und die Koppel-Cs der Schalter fehlen. Lies mal nach, was eine HF-Leitung bei 1.5GHz ausmacht. Das ist definitiv kein Gleichstrom mehr, da werden Regelverletzungen hart bestraft. Weiterhin hast du nicht angegeben, welcher Frequenzbereich genutzt werden soll und der Schaltplan ist auch entfallen... Gruss
Hallo! > Impedanzen blieben im Layout wohl unberücksichtigt Inwiefern? Ich verstehe nicht ganz, was Du damit sagen willst. Die Leitungen zu den Kabeln sind 50 Ohm-Leitungen, und die zwischen den Schaltern sind max. 1mm oder so lang. Dafür die Leiterbahnbreite zu wechseln macht ja wohl nicht viel Sinn, oder? > die Steuerleitungen unter die HF-Koppelkondensatoren > durchzulegen ist zumindest "verwegen" Da gebe ich Dir absolut recht, aber ich habe drei Gründe, warum es nicht so schlimm ist in diesem Fall: * es fließt sehr wenig Strom durch die Leitungen (die Schalter sind sparsam) * die beiden Leitungen stehen senkrecht aufeinander * und vor allem: es wird nicht geschaltet, während gemessen wird. Also ist da nur ein konstantes Potential unter dem Track... Meinst Du trotzdem, dass das ein größeres Problem ist? Dann kann ich das auch anders aufbauen (Drähte auf der Unterseite, in dem Fall). > und die Koppel-Cs der Schalter fehlen. Hm, eigentlich nicht. Die kleinen weißen Dinger... am Anfang und am Ende jedes Kabels, immer nach zwei der Schalter, und am Ein- und Ausgangsstecker. Müssen da echt noch mehr hin? > Lies mal nach, was eine HF-Leitung bei 1.5GHz ausmacht. Das ist > definitiv kein Gleichstrom mehr, da werden Regelverletzungen hart > bestraft. Schon klar ;) Andererseits: Schau Dir mal das Diagramm an, wenn mal alle Schalter auf Durchlassen schaltet. -5dB ist ziemlich gut, in Anbetracht dessen, dass jeder Schalter laut Datenblatt schon 0.3 bis 0.4dB verliert (sind 12 Schalter) und da noch zwei Stecker und 'ne Menge Leitungen sind. So arg schlimm kann es also nicht sein, oder? Zumindest halbwegs flach ist die Kurve ja auch. > Weiterhin hast du nicht angegeben, welcher Frequenzbereich genutzt > werden soll und der Schaltplan ist auch entfallen... Schaltplan habe ich angehängt. Ich hatte ihn weggelassen, weil er wie gesagt wegen der etwas pedantischen Verkabelung dieser Schalter etwas hässlich ist. Der für mich interessante Frequenzbereich liegt irgendwo um 400MHz rum. Danke und Gruß, Sven
Sven B. schrieb: > Hallo! > >> Impedanzen blieben im Layout wohl unberücksichtigt > Inwiefern? Ich verstehe nicht ganz, was Du damit sagen willst. Hast du ein nicht sehr günstiges Platinenmaterial (sehr dick?)? Ist die Unterseite komplett Masse? Welches Material kommt zum Einsatz? >> die Steuerleitungen unter die HF-Koppelkondensatoren >> durchzulegen ist zumindest "verwegen" > Da gebe ich Dir absolut recht, aber ich habe drei Gründe, warum es nicht > so schlimm ist in diesem Fall: > * es fließt sehr wenig Strom durch die Leitungen (die Schalter sind > sparsam) > * die beiden Leitungen stehen senkrecht aufeinander > * und vor allem: es wird nicht geschaltet, während gemessen wird. Also > ist da nur ein konstantes Potential unter dem Track... Spielt keine Rolle, du verkoppelst die HF kapazitiv über deine Steuerleitungen, da die Entkoppl-Cs gegen Masse vollkommen fehlen. Dadurch kann sich die HF vom Eingang auf deine Steuerleitung koppeln und das Signal munter an den letzten C des Kabel verkoppeln... Die C's sollten ev. direkt am Schaltersteuereingang vorhanden sein. Die digitalen Leitungen sollten gegenüber der HF-Signalführung entkoppelt (getrennt durch Masselage) sein. Die HF geht nicht durch das Kupfer, sondern durch das Dielektrikum. Die "Leitung" dient nur als Führung. >> und die Koppel-Cs der Schalter fehlen. > Hm, eigentlich nicht. Die kleinen weißen Dinger... am Anfang und am Ende > jedes Kabels, immer nach zwei der Schalter, und am Ein- und > Ausgangsstecker. Müssen da echt noch mehr hin? Wo sind die C's zwischen den Schaltern jedes Kabelschaltersatzes?
HF-Werkler schrieb: > Hast du ein nicht sehr günstiges Platinenmaterial (sehr dick?)? > Ist die Unterseite komplett Masse? > Welches Material kommt zum Einsatz? Das Dielektrikum ist 1.4mm FR4. Beschichtet ist die Platine 35um dick mit Kupfer. Die Rückseite ist bis auf ein paar Bohrlöcher für die Anschlüsse komplett Masse. > Spielt keine Rolle, du verkoppelst die HF kapazitiv über deine > Steuerleitungen, da die Entkoppl-Cs gegen Masse vollkommen fehlen. > Dadurch kann sich die HF vom Eingang auf deine Steuerleitung koppeln und > das Signal munter an den letzten C des Kabel verkoppeln... Hmm, okay. Du meinst also, das HF-Signal breitet sich u.U. über die Steuerleitungen aus? > Die C's sollten ev. direkt am Schaltersteuereingang vorhanden sein. Also ein Kondensator mit ein paar nF direkt am Steuereingang vom Schalter gegen GND? > Die digitalen Leitungen sollten gegenüber der HF-Signalführung > entkoppelt (getrennt durch Masselage) sein. Sprich, bei einer zweilagigen Platine bleibt außer Draht auf der Unterseite da ja nix übrig, oder? > Die HF geht nicht durch das Kupfer, sondern durch das Dielektrikum. Die > "Leitung" dient nur als Führung. Ok. Ich glaube, das müsste ich entweder von Hand mal nachrechnen, oder mir in einem hübschen EM-Field-Solver anschauen, sonst verstehe ich das nie ;) > Wo sind die C's zwischen den Schaltern jedes Kabelschaltersatzes? Die hab ich weggelassen :( Ich dachte, es reicht, wenn immer nach zwei Schaltern und eben an den Kabeln einer ist, und dachte, damit lässt sich der Verlust von dem Ganzen ein bisschen reduzieren (und insbesondere auch die eh schon große Länge von dieser nicht-wirklich-50-Ohm-Leiterbahn). Ich hatte die Schalter vorher mit nur einem Kondensator am Eingang getestet, und das hat auch funktioniert. Grüße, Sven
Sven B. schrieb: > Das Dielektrikum ist 1.4mm FR4. Beschichtet ist die Platine 35um dick > mit Kupfer. Die Rückseite ist bis auf ein paar Bohrlöcher für die > Anschlüsse komplett Masse. OK, daher die "dicken" Leiterbahnen bei den Kabeln... Ich hätte die LP so ausgelegt, dass eine geringere Dicke oder ein anderes Epsilon R genutzt würde. Dann wären die "dünnen" Traces an den ICs auch eher 50 Ohm. Kannst du ja mal mit HP-Appcad (kostenloses Tool) nachrechnen (lassen). > Hmm, okay. Du meinst also, das HF-Signal breitet sich u.U. über die > Steuerleitungen aus? Könnte durchaus sein, da sind durch deine Leitungskreuzung schnell mal ein paar pF vorhanden, vor allem, wenn du ein anderes Dieletrikum als Luft (z.B. Flussmittel im Lötzinn) zwischen Leiterbahn und C hast... Weiterhin ist dein GND an den Schalt-ICs nicht sehr gut gelöst. Nur ein gemeinsames "Via" ist keine gute HF-GND-Verbindung, da nehm ich meist mehrere parallel. Das verrignert die Induktivität. In der HF sind "punktförmige" Verbindungen über Vias zu vermeiden. Ich empfehle eine gute altmodische "Luftverkabelung" für die Steuerleitungen, wenn du schon bei dem Layout bleiben willst. >> Die C's sollten ev. direkt am Schaltersteuereingang vorhanden sein. > Also ein Kondensator mit ein paar nF direkt am Steuereingang vom > Schalter gegen GND? 100pF sind da besser als 100nF. Und ja, direkt am Schalter, gute Masseverbindung (mehrere Vias) nicht vergessen. > Sprich, bei einer zweilagigen Platine bleibt außer Draht auf der > Unterseite da ja nix übrig, oder? Jep. Ausser eine Vierlagenplatine, was dann auch die Impedanzen der Traces verbessern würde. ;-) >> Wo sind die C's zwischen den Schaltern jedes Kabelschaltersatzes? > Die hab ich weggelassen :( Ja könnte funktionieren, aber der Hersteller hatte die C's nunmal am Eingang und Ausgang des Schalt-ICs vorgesehen... >> Die HF geht nicht durch das Kupfer, sondern durch das Dielektrikum. Die >> "Leitung" dient nur als Führung. > Ok. Ich glaube, das müsste ich entweder von Hand mal nachrechnen, oder > mir in einem hübschen EM-Field-Solver anschauen, sonst verstehe ich das > nie ;) Achwas, ist in ein paar kurzen Worten begreiflich zu machen: Wegen Skineffekt ist der Stromfluss quasi nur an der Oberfläche des Leiters, das Magnetfeld daher quasi nur ausserhalb des Leiters, das Elektrische Feld ist zwischen Leiter und GND --> Energieübertragung "fliesst" quasi nur im Bereich des Dielektrikums zwischen Leiter und GND. --> nur Epsilon R, Tan Delta des Dielektrikums und Ohmsche Verluste der "Oberfläche" des leitenden Materials sind im HF-Bereich entscheidend. HF-Schaltungen konnte man schon vor dem ersten Computer bauen, warum sollte man die damals schon genutzte Vorstellungskraft nicht bemühen dürfen? ;-) Gruss
Hi, HF-Werkler schrieb: > OK, daher die "dicken" Leiterbahnen bei den Kabeln... > Ich hätte die LP so ausgelegt, dass eine geringere Dicke oder ein > anderes Epsilon R genutzt würde. Dann wären die "dünnen" Traces an den > ICs auch eher 50 Ohm. Kannst du ja mal mit HP-Appcad (kostenloses Tool) > nachrechnen (lassen). Ok. Das war halt die pragmatische Lösung, weil das sind die Standard-Platinen, die gibt's überall und die hatte ich auch grad da ;) Werde ich aber in Zukunft in Betracht ziehen, ob das vielleicht sinnvoll ist. > Könnte durchaus sein, da sind durch deine Leitungskreuzung schnell mal > ein paar pF vorhanden, vor allem, wenn du ein anderes Dieletrikum als > Luft (z.B. Flussmittel im Lötzinn) zwischen Leiterbahn und C hast... Das könnte eine gute Erklärung dafür sein, warum der Block, an dem ich von Hand noch rumgelötet habe, viel schlechter isoliert als die anderen. Das werde ich gleich mal nachprüfen! > Weiterhin ist dein GND an den Schalt-ICs nicht sehr gut gelöst. Nur ein > gemeinsames "Via" ist keine gute HF-GND-Verbindung, da nehm ich meist > mehrere parallel. Das verrignert die Induktivität. In der HF sind > "punktförmige" Verbindungen über Vias zu vermeiden. Ok, werde ich in Zukunft ebenfalls drauf achten. > Ich empfehle eine gute altmodische "Luftverkabelung" für die > Steuerleitungen, wenn du schon bei dem Layout bleiben willst. Ja, vielleicht werde ich testweise einfach mal ein paar Drähte verlegen und die Leiterbahnen, die unter den HF-Tracks durchgehen, einfach abschneiden. > Ausser eine Vierlagenplatine, was dann auch die Impedanzen der Traces > verbessern würde. ;-) Klar, aber kann man selber nicht herstellen und kriegt man auch nicht gerade geschenkt vom Preis her ;) >>> Wo sind die C's zwischen den Schaltern jedes Kabelschaltersatzes? >> Die hab ich weggelassen :( > Ja könnte funktionieren, aber der Hersteller hatte die C's nunmal am > Eingang und Ausgang des Schalt-ICs vorgesehen... Stimmt, aber ich dachte mir, dass das für den Fall ist, dass da dann ein längeres Kabel dranhängt oder so. In diesem Fall kommt ja nach höchstens einem Zentimeter Leiterbahn so oder so ein Abblock-Kondensator. Aber ich sehe ein, dass das ein bisschen gewagt ist. > Achwas, ist in ein paar kurzen Worten begreiflich zu machen: > Wegen Skineffekt ist der Stromfluss quasi nur an der Oberfläche des > Leiters, das Magnetfeld daher quasi nur ausserhalb des Leiters, das > Elektrische Feld ist zwischen Leiter und GND --> Energieübertragung > "fliesst" quasi nur im Bereich des Dielektrikums zwischen Leiter und > GND. Ok, kann man sich schon so vorstellen, aber klar genug, dass ich selber Vorhersagen treffen könnte, ist es mir irgendwie nicht ;) Für das Koaxkialkabel habe ich das irgendwann mal gerechnet, sollte ich vielleicht nochmal machen. > HF-Schaltungen konnte man schon vor dem ersten Computer bauen, warum > sollte man die damals schon genutzte Vorstellungskraft nicht bemühen > dürfen? ;-) Klar, aber oft kann ein gutes Simulationsprogramm der Vorstellungskraft doch erheblich helfen ;) Grüße, Sven
Hallo! HF-Werkler schrieb: >>> Die C's sollten ev. direkt am Schaltersteuereingang vorhanden sein. >> Also ein Kondensator mit ein paar nF direkt am Steuereingang vom >> Schalter gegen GND? > 100pF sind da besser als 100nF. Und ja, direkt am Schalter, gute > Masseverbindung (mehrere Vias) nicht vergessen. Ich habe mal 220pF-Kondensatoren direkt neben die Schalter-Eingänge montiert, für die Logik-Tracks, die unter dem HF-Track durch gehen. Das sind jetzt halt keine SMD-Teile... klar, die passen da nicht hin ;) Für hohe Frequenzen ist das Problem dabei nicht wirklich besser geworden (evtl. weil diese (physikalisch) riesigen Kondensatoren für hohe Frequenzen eine zu hohe Induktivität haben?), aber in der Nähe meiner Arbeitsfrequenz (400MHz) ist die Antwort jetzt schön flach und die Isolation mit irgendwie -45dB oder so wohl ausreichend. Da hattest Du wohl den richtigen Riecher -- danke! Evtl. baue ich die ganze Platine nochmal neu, mit besser platzierten Entkoppelkondensatoren und Logik-Drähten auf der Rückseite. Falls ich das tue, werde ich natürlich über das Ergebnis hier berichten ;) Vielleicht ist aber das hier für meine Zwecke schon völlig ausrechend, das werde ich erstmal testen. Danke und viele Grüße, Sven
Freut mich, dass ich dir helfen konnte. Gruss und viel Erfolg mit deinem Projekt
Zu den Koppelkondensatoren: Welches Dielektrikum? Sollte NP0 sein. Weshalb setzt Du eigentlich keinen normalen Delay-Line-IC ein? http://de.farnell.com/verzogerungsleitungen
Hallo! Sascha W. schrieb: > Zu den Koppelkondensatoren: Welches Dielektrikum? Sollte NP0 sein. Weiß ich nicht, ich habe die Dinger vor längerer Zeit gekauft und nun sind die in so einer mehr-oder-weniger unbeschrifteten Tüte... ;) Es ist diese Bauform: http://cdn.pollin.de/article/xtrabig/X200301.JPG Wahrscheinlich haben die immer dasselbe Dielektrikum in dieser Form...? > Weshalb setzt Du eigentlich keinen normalen Delay-Line-IC ein? > http://de.farnell.com/verzogerungsleitungen Es handelt sich nicht um ein digitales Signal. Ich glaube nicht, dass das mit ICs machbar ist. Diese Möglichkeit hatte ich vorher eigentlich überprüft. Der IC müsste ja, wenn er nicht tatsächlich lange Kabel enthält sondern mit so einer "Eimer-Technik" funktioniert, mit > 800MHz sampeln, das für ~150ns abspeichern, und dann wieder digital-analog-wandeln. Klingt nicht so, als ob man es für ein paar Euro (oder überhaupt) kaufen könnte. Grüße, Sven
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Ich hab jetzt vorsichtshalber die fehlenden Block-Kondensatoren noch eingelötet (war ein bisschen futzelig, ging aber), weil mir aufgefallen ist, dass da doch ein erheblicher Gleichspannungsanteil vorhanden ist... jetzt müsste das jedenfalls okay sein. Die Delay-Funktion an sich habe ich mit der "Batterie-Methode" (Berühren einer Batterie mit der Probe generiert eine steile Taktflanke) vermessen und das scheint soweit zu funktionieren: bei den Bildern im Anhang sollte die Länge der Kabel 30 Meter sein, das wären bei c = 2e8 m/s (in Kupfer) gerade 150ns. Passt also (ich habe auch noch mehr Messungen gemacht mit anderen Kabellängen, und auch wenn das auf den Screenshots vielleicht ein bisschen beliebig aussieht, es ist immer ein ordentlicher Schlenker zu sehen zur richtigen Zeit). Ganz sicher bin ich mir allerdings nicht, wo dieses Rauschen herkommt... Grüße, Sven
Hmm. Selber Aufbau wie oben, ich füttere die Schaltung (am linken Stecker) mit 100MHz, 50 Ohm, Amplitude 55mV (rms). Der andere Stecker ist mit einer Dummy Load terminiert. Jetzt messe ich direkt hinter (oder vor, ist egal) dem ersten DC-Block-Kondensator mit dem Oszilloskop, und das sagt 120mV rms. Wie kann das sein? Durch Reflexion? Nein, oder? Grüße, Sven
Sorry, verstehe ich nicht. Wo wird das Signal reflektiert? Ich dachte, wenn es an dem Schalter reflektiert wird, hätte das ungefähr diesen Effekt, aber das wäre ja dann kein Messfehler (sondern ein echter Fehler in der Schaltung, Fehlanpassung und so). Kannst Du das vielleicht etwas erläutern?
Zu deinen ersten Plots: also mal so ins Blaue hinein, das was bei meiner HFT-Pruefung halt noch so uebergeblieben ist: Fuer mich sieht das so aus, als ob deine Schaltung fuer den Bereich bis ca. 750 MHz im Rahmen des dir hier moeglichen angepasst ist. Das System hat ca. 50 Ohm und bis 750 MHz kriegst du nichts von Fehlanpassungen mit. Die Abstaende der Peaks und die Wellenlaenge stehen natuerlich im Zusammenhang, das hast du ja auch schon ausgerechnet. Sobald Fehlanpassung vorliegt und du staerkere Reflexionen hast, ergeben sich Einbrueche im Amplitudengang. Und wenn man an den unguenstigsten Fall denkt, dass deine Schalter bei hohen Frequenzen ueber ihre kapazitiven Parasiten die HF-Leistung nach (HF)Masse ableiten, dann ergibt sich ja quasi ein Reflexionsfaktor von -1 und bei einer Frequenz mit einer vielfachen Wellenlaenge der Leitsungslaenge entstehen dann deine tiefen Spitzen, da sich hin- und ruecklaufende Welle 'ausloeschen'. Stichworte, falls Neuland: Smithdiagramm, Matching, Anpassung, Stehwellenverhaeltnis, Lecher-Leitung Aber ich hoffe meine Annahmen werden hier nochmal bestaetigt. Spass macht sowas auf jeden fall :) Eine gute Nacht, Max
Könnte das mit der Impedanz der Leitung zu tun haben? Die wäre etwa 94 Ohm. Ich bin gerade noch am Nachdenken, ob das irgendeinen Sinn macht dass da die Spannung größer ist als vorher... wahrscheinlich nicht? ;p
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