Anfängerfrage zur externen Signalübertragung

[Christian (dragony)]

Hallo zusammen,

ich übertrage derzeit ein Signal über eine sehr dünne 2 Meter Leitung 
(geschätzt 0,25mm Durchmesser). Schaut euch mal bitte den Screenshot an. 
Blau ist der Pegel gemessen an der Quelle, gelb ist der Pegel gemessen 
am Empfänger, also nach 2 Meter Kabel. Der zeitliche Abstand und dieses 
krasse Überschwingen möchte ich gerne irgendwie beseitigen. Ist das 
bereits die berüchtigte Impedanz, die man nicht wegbekommt? Oder habe 
ich einfach etwas falsch gemacht?

Man sieht ja eine Verzögerung um gut 10ns am Empfänger.

Der langsame Anstieg am Anfang kommt vom externen 470 Ohm Pull-Up.

[MaWin (Gast)]

Ich sehe ungefähr eine Verzögerung von 10ns, das ist für eine 2m Leitung 
Lichtgeschwindigkeit, schneller wird es kaum werden.

Das Signal auf Empfangsseite ist sicher auswertbar, also ok.

Man sieht "Ripple" wegen nicht angepasster Impedanzen, wenn du die 
Leitung nicht mir 470 Ohm, sondern impedanzrichtig am Sender und 
Empfänger anschliesst, werden die kleiner und dein absolut nicht krasses 
Überschwingen wird kleiner sein.

Mehr würde mich der eingestreute 10MHz Takt auf Senderseite stören, der 
ist nicht auf der Leitung, sondern streut wohl in deine Tastspitze also 
deren Masseverbindung ein. Wer misst misst Mist, erst mal Messtörungen 
beseitigen bevor man Verbessern will.

[Christian (dragony)]

Die 10 MHz kommen von der AVR MCU, die mit 10 MHz getaktet ist und da 
wahrscheinlich fleissig einstreut. Ich möchte jetzt aber erstmal die 
Impedanz in den Griff bekommen. Der Pegel geht ja runter bis -1V und das 
kann, soweit meine Laienkenntnisse korrekt sind, nur von der Impedanz 
kommen und nicht von irgendwelchen Kapazitäten.

Du sagtest, ich soll die Leitung "impedanzrichtig" anschliessen. Wie 
meinst du das? Reden wir vom Wellenwiderstand? Es handelt sich um ein 
"missbrauchtes" Ethernetkabel.

[Oldie (Gast)]

Was ist das denn?
> eine sehr dünne 2 Meter Leitung (geschätzt 0,25mm Durchmesser)


Eine LEITUNG ist was Definiertes, also entweder 2 mit konstantem
Abstand (!) geführte Leiter mit Dielektrikum (kann auch Luft sein) 
dazwischen, oder eine Koax-Leitung.

Aus der Geometrie ergibt sich dann die Impedanz - die man notfalls
experimentell (minimale Reflexionen) mit einem Poti ermitteln kann.

[Christian (dragony)]

Wie gesagt, es ist ein Ethernetkabel. Also hat es eine Impedanz von 150 
Ohm, laut Wikipedia. Nur weiss ich jetzt nicht wirklich, was ich damit 
anfangen soll. Ich kann ja nicht einfach zwischen DATA und GND ein 150 
Ohm Widerstand schalten. Da ich nur einen 1000 Ohm Pull-Up habe, bricht 
dann ja die Spannung weg, oder?

[Jens G. (jensig)]

>Wie gesagt, es ist ein Ethernetkabel. Also hat es eine Impedanz von 150
>Ohm, laut Wikipedia. Nur weiss ich jetzt nicht wirklich, was ich damit
>anfangen soll. Ich kann ja nicht einfach zwischen DATA und GND ein 150
>Ohm Widerstand schalten. Da ich nur einen 1000 Ohm Pull-Up habe, bricht
>dann ja die Spannung weg, oder?

Tja, das ist eben der Trick. Wenn es ein 150Ohm-Kabel ist, muß es 
möglichst mit 150Ohm abgeschlossen sein, um solche Überschwinger (durch 
Reflexionen) wegzubekommen.
Die Senderseite muß dann den daraus resultierenden Strom treiben können, 
wenn die Pegel am Ende wichtig sind.
Die Senderseite muß übrigens nicht unbedingt angepaßt sein, wenn es nur 
um diese Reflexionen geht. Aber wenn am Ausgang ungefähr der Pegel 
rauskommen soll, der am Eingang reingeht, muß man entsprechend 
niederohmig ansteuern. 1KOhm PullUp sind da also eine ziemlich schlechte 
Idee, wenn man gleichzeitig Pegel "mit ohne" Überschwinger halten will 
...

[Joachim B. (jar)]

Jens G. schrieb:
> Die Senderseite muß dann den daraus resultierenden Strom treiben können,
> wenn die Pegel am Ende wichtig sind.

nicht nur treiben sondern auch liefern, pullup als einzige Quelle am 
Ende ist ne miese Idee.

Treiberseitig verbessern ist ja leicht soweit es nur unidirektional ist, 
OC und bi- wäre doof.

[Jens G. (jensig)]

hmm, also bei mir heist "treiben" auch gleichzeitig "liefern" ...
Oder wo siehst Du jetzt den Unterschied?

[Joachim B. (jar)]

Jens G. schrieb:
> hmm, also bei mir heist "treiben" auch gleichzeitig "liefern" ...
> Oder wo siehst Du jetzt den Unterschied?

ein OC Ausgang liefert ja nix, das macht der pullup am Ende und begrenzt 
den Strom durch seinen R.
Der OC open collector Treiber muss diesen Strom ja vertragen können 
sonst brennt er durch.

Ein Treiber der selber Spannung und Strom liefert kann die Kap. eben 
aktiv treiben.

Die Kabelkapazität soll schnell umgeladen werden, das verhindert mit R * 
C = Tau der pullup R bei low nach high und der interne R vom Trasi von 
high nach low.

Die schnellere Umladung kann ich mit fetten Ausgangstreiber der 
ebenfalls Spannungsquelle ist auf der Senderseite erledigen der genügend 
Strom am Anfang liefert um die Kabelkapazität in der gewünschten Zeit 
umlädt.

Das Kabel ist ja auch nur ein Kondi mit irgendwas in Farad

und das ist = As/V also haben wir die V der Amplitude die gewünschte 
Umladezeit s und daraus resultieren die nötigen Ampere um dieses zu 
schaffen.

Am Ende der pullup oder pulldown oder Abschluß R liegt ja parallel zum 
Kondensator vom Kabel und ist ein Verlust der vom Treiber auch noch 
aufgebracht werden muss.

http://moussaoui.de/da-leitung-Dateien/image005.gif

[Jens G. (jensig)]

Die Kabel-C kann man eigentlich weglassen, wenn es um höhere Frequenzen 
geht, denn die ist ja schon im Wellenwiderstand drin.
Hier haben wir es mit Umschaltflanken im ns-Bereich zu tun, also hohe 
Frequenzen, und da spielt die Gesamt-C des Kabels keine zusätzliche 
Rolle mehr. Der Sender sieht also nur die 150Ohm ...
Wenn man es genau nehmen würde, müsste man am Anfang des Anstiegs eine 
senkrechte Anstiegskomponente mit dem Pegel von 150/1000 der 
Ansteuerspannung sehen - also was der Spannungsteiler aus 
Wellenwiderstand und PullUp-R erlauben würde.
Bei niedrigen Frequenzen sieht der Sender dann nur noch die 
C-Komponente, weil dann der Wellenwiderstand bei (im Vergleich zur 
Wellenlänge) kurzem Kabel eher unwirksam wird. Würde man das Kabel 
länger machen, so daß es eine höhere C hätte, dann kann man diese C 
trotzdem nicht mit vielen "Ampers" schnell laden, weil es ja eine 
verteilte C ist, die erst nach und nach vom Ladestrom erreicht wird. 
Mehr Strom als was der Wellenwiderstand erlauben würde, dürfte damit 
nicht erreichbar sein, egal, wie niederohmig ich das Kabel ansteuere.

[Oldie (Gast)]

Wenn du wirklich einen open Collector-Ausgang in die 2 m
LAN-Kabel einspeist - und dich über 10 ns Delay und die
unsymmetrische Wellenform wunderst, dann hast du doch jetzt
schon mal was gelernt:

1) Es gibt Laufzeiten - und die stehen im direkten Zusammenhang
   mit der Leitungslänge.

2) Es gibt Reflexionen, wenn der Abschlusswiderstand
   nicht gleich dem Wellenwiderstand (der Leitung) ist.

3) Bei o.C. brauchst du am Empfänger 100..150 Ohm gegen V+,
   damit du einen Kollektorwiderstand UND einen Abschluss-
   widerstand hast.
   (V+ sollte dann auch nahe am Abschlusswiderstand einen
   CerCo gegen Masse haben.)

   UND: bei o.C. hast du IMMER unterschiedliche Flanken-
   steilheiten für an- und absteigende Flanke.

4) Du MUSST also die Leitung, je nach Typ mit 100..150 Ohm
   abschließen.
   Und wenn das zu wenig Pegel für den Empfänger ergibt, hast
   du den falschen Empfänger (zu unempfindlich), oder den
   falschen Sender (zu geringer Pegel).

... so könntest du dein Konzept retten, aber:

Grundsätzlich ist es besser, eine LAN-Leitung (symmetrisch gegen
Masse) auch symmetrisch zu speisen (2 Ausgänge) und das Signal mit
einem symmetrischen Empfänger (2 Eingänge) zu detektieren.
- Genau dafür wurden diverse ICs konstruiert.