Time domain reflectometry

Na stránkách Michala OK1VM mě zaujala metoda měření koaxiálních kabelů pomocí metody TDR. Princip je v tom, že se do koaxiálního kabelu vyšle jediný impulz. Impulz se šíří kabelem a pokud narazí na nějakou nehomogenitu v impedanci, tak se celý nebo jeho část odrazí zpět. Toto lze sledovat na osciloskopu. OK1VM TDR

Generátor pro generování impulzů jsem postavil jiný než Michal. Na internetu jsem našel několik zapojení generátorů, které využívají lavinového průrazu C-E tranzistoru. Existují pro to speciální lavinové tranzistory, ale také se dají použít běžné levné tranzistory. Avalanche transistor

Generátor se skládá ze zdroje 120 V, který přes odpory R6, R15, R16 a R17 nabíjí kondenzátor C1. Pokud napětí na C1 dosáhne průrazného napětí tranzistoru VT1, tak se C1 vybije přes R2 a R11. Na těchto rezistorech vznikne pulz, který přes útlumový článek R3 - R5 a XC2 pokračuje do koaxiálního kabelu. Pro sledování je připojený osciloskop přes XC1 a sondu 1:10 R23, R12, R13 a C2.

Zdroj jsem postavil s běžným obvodem MC34063 a diodovým násobičem napětí. Cílem bylo, aby se generátor dal napájet 9 nebo 12 V baterijí. V násobiči jsem z důvodu malých rozměrů použil keramické kondenzátory. Jejich vlastností je to, že mají závislost kapacity na napětí. To se projevovalo tak, že některé kondenzátory byly napěťově přetížené. Vyřešil jsem to tak, že jsem k nim dal odporový dělič napětí. Odběr celého zařízení při 9 V je 15 mA.

Šířka a vzdálenost impůlzů

Impulzy nemám jak změřit, ale co jsem našel na internetu, tak by měly být obdélníkové se šířkou pod 1 ns. Na osciloskopu je vidět "impulzní odezva" osciloskopu nebo osciloskopické sondy. V mém případě impulz se šířkou asi 3 ns, rise time 1,2 ns. Šířka pásma BW=0.35/Tr=290MHz. Vzdálenost impulzů je přibližně 50 us, ale vzdálenosti se mírně mění. Impulse response , Slew Rate Verification for Wideband Amplifiers The Taming of the Slew"

Dokumentace

Dokumentace je určena pro inspiraci a nekomerční použití.

Tranzistor VT1 jsem původně chtěl dát SMD, ale nejlépe to fungovalo s vývodovým 2N3904, tak jsem to nechal s ním.

Schéma Deska Osazení

Oživení

Zapojení by mělo fungovat na první zapojení. Kondenzátor C2 kompenzuje parazitní kapacitu odporů R12 a R23. Do konektoru XC2 je potřeba pustit obdélníkový signál a zkusit různé hodnoty C2, aby na osciloskopu byl opět obdélník. Potom propojit X1 cínem. Propojky X2 - X4 měly sloužit pro nastavení různé vzdálenosti pulzů, ale zjistil jsem že se to k ničemu nehodí, tak jsem nechal vše rozpojené.

Na obrázku je vidět impulz snímaný sondou na plošném spoji (žlutě) a průběh snímaný originální sondou k osciloskopu (modře). Originální sonda má delší kablík, tak je signál více spožděný.

První testy

Když jsem to sletoval, tak jsem spěchal a provizorně jsem tam napájel kablíky a ani sondu jsem nevykompenzoval. V práci mám osciloskop 200MHz/2GS. Důležitá věc je nastavit vstupní impedanci osciloskopu na 50 ohm.

Nasimuloval jsem koax s problémem tak, že jsem spojil 80 cm dlouhý a 120 cm dlouhý koax přes T. Na obrázku je vidět odraz od T.

T jsem zkusil ucpat nasliněným prstem, odraz je viditelně větší. Dále jsem se snažil zjistit, jaký nejkratší koax je vidět (20cm).

Pak mě napadlo spočítat rychlostní koficient koaxu. Změřil jsem čas mezi středy impulzních odpověďí a vypočítal rychlost šíření
v = s/t [m/s]=[m]/[s] a rychlostní koficient k = c/v [-] = [m/s]/[m/s],
ale vyšla mě nesmyslná hodnota. Na internetu jsem pak našel, že správně se to měří od začátků impulzních odpověďí. Odražený impulz bývá menší impulzní odpověď je širší, tak to přidává nějaký čas.

Další měření po vykompenzování a naletování SMA konektorů

Po naletování SMA konektorů jsem zjistil, že to první připojení nebylo vůbec dobré. Odražené impulzy mají výrazně větší amplitudu. Po vykompenzování jsem zjistil, že vidím dva impulzy. Za velkým je druhý malý.

Opět jsem zkusil měření s krátkým koaxem, ale jiným 24 cm. Měření 12 m dlouhého AIRCOMM kabelu s rozpojeným koncem.

Měření 12 m dlouhého AIRCOMM kabelu se zkratem na konci. Měření 12 m dlouhého AIRCOMM kabelu s 50 ohm na konci.

Co lze "měřit"

délka kabelu

činitel zkrácení

impedance kabelu

šířka pásma osciloskopu / osciloskopických sond EEVblog #306 - Jim Williams Pulse Generator

Odkazy

OK1VM - TDR Tutorial - Youtube video o měření impedance a délky kabelu - Youtube video Reflected waves on a cable
Youtube video Cheap and simple TDR using an oscilloscope and 74AC14 Schmitt Trigger Inverter - AN47-93 (str.93) - PulseGen - Avalanche
avalanche-pulse-generator-build-using-2n3904 - Avalanche_transistor