Medición de impedancia

Estoy diseñando y construyendo circuitos que usan 100 Mb/s en un bus de señalización diferencial de bajo voltaje (LVDS). Algunas de estas señales necesitan viajar entre PCB en cables hechos a mano. El problema es que no tengo forma de verificar la calidad de los cables y la terminación.

Si fuera millonario, compraría un visor caro o un analizador de redes vectoriales. Pero en su defecto, ¿hay alguna forma de medir las señales reflejadas o la impedancia del cable?

(Tengo un ancho de banda de 150MHz, alcance de 500MSPS disponible).

Agregado: Información sobre los datos en el cable, tomados de la hoja de datos ET1200 .

Forma de onda Ebus

Agregado: faltan 21 horas. Última oportunidad para la recompensa. ¿Alguien puede sugerir incluso una forma rápida y sucia de medir la impedancia? ¿Quizás algún tipo de puente donde pudiera comparar el cable con un buen cable conocido?

"100Mb" podría ser una especificación para una memoria, pero no para un canal de comunicaciones ya que las unidades son claramente incorrectas. Entonces, ¿qué quiere decir realmente con "LVDS" (que, por supuesto, debería haberse explicado de todos modos)? Obtener cosas básicas y sencillas como unidades incorrectas significa que tenemos que asumir que muchas otras cosas están mal y que no hay forma de saber lo que realmente está preguntando.
100 MB - con B mayúscula son las unidades de memoria. La b minúscula significa bits, por lo que 100Mb significa 100 megabits. Sí, debe incluir el tiempo, por lo que 100 Mb/s es correcto. LVDS significa señalización diferencial de bajo voltaje.
@Olin: ¿Estás seguro? Entonces, ¿qué quiere decir la gente cuando se refiere a Ethernet de 100 Mb? (Google) ¿Quieren decir que puede 'recordar' 2^20 bits? No, la gente a menudo usa 100Mb como (muy) abreviatura de 100 megabits de datos transferidos por segundo. De acuerdo en que las unidades correctas son Mb/s. LVDS siempre se llama LVDS. La gente prácticamente nunca lo escribe completo: Señalización diferencial de bajo voltaje.
@OlinLathrop, ¿ahora tenemos que deletrear "lógica de transistor-transistor" o "lógica complementaria de semiconductor de óxido de metal" cada vez que queremos hablar sobre TTL o CMOS?
@Rocketmagnet: cuando las personas se refieren a "Ethernet de 100 Mb", se están refiriendo mal . Es "Ethernet de 100 Mb/s" (o "Ethernet de 100 Mbps"). El hecho de que mucha gente lo llame incorrectamente no lo hace correcto (solo hace que las personas que lo llaman parezcan tontas). ¿No es escribir el adicional /so pstanto de una afrenta?
@OlinLathrop: LVDS es un esquema de señalización muy común en la lógica de alta velocidad (es similar a cosas como ECL en términos comunes). Es tan común que no debería tener que definirlo.
@Nombre falso. Si hubiera sabido que habría causado tanto alboroto, habría puesto el /s. No esperaba una pedantería tan agresiva.
@Rocketmagnet: francamente, no me habría dado cuenta si solo estuviera en la pregunta original (habría asumido que era un error tipográfico). Sin embargo, parecía estar defendiendo la posición en su comentario, que era a lo que realmente estaba reaccionando. Por cierto, tenemos un número de pedantes aquí. La ingeniería requiere una terminología muy precisa.
@Nombre falso: la pedantería está bien y se espera. La agresión de Olin no lo es.
@Rocket: el descuido con las unidades nunca es aceptable en ingeniería, y debe ser pisoteado con fuerza cada vez que ocurra.

Respuestas (3)

Aquí está lo más barato que se me ocurre.

Diagrama de acoplador direccional

Primero, necesitas un sintetizador de rf. Si no tiene eso, haga que su señal digital emita una onda cuadrada pura (use la señal de reloj o envíe 1010 ... desde su línea de datos), y luego use un filtro de paso bajo o paso de banda para transformar eso en un puro -ish onda sinusoidal.

Entre la fuente y su circuito bajo prueba, conecte un acoplador direccional, en la dirección de modo que la salida acoplada reciba la señal reflejada, no la señal de la fuente.

Ahora conecte un detector de potencia rf al puerto acoplado del acoplador direccional. Ahora puede usar un multímetro para medir la potencia en la señal reflejada.

Si usa Minicircuits, puede obtener el acoplador direccional y el detector de potencia por algo así como $ 150, o probablemente pueda encontrar estas piezas por incluso menos en EBay.

Habrá todo tipo de errores en este enfoque, porque no tienes el equipo para calibrarlo. La directividad del acoplador direccional limitará el coeficiente de reflexión mínimo que puede medir. Pero si ajusta su terminación para minimizar el voltaje en la salida del detector de potencia, probablemente esté cerca de optimizar la coincidencia.

Editar

Debería agregar, dado que está hablando de LVDS, presumiblemente está hablando de una línea diferencial y una terminación diferencial. Lo que significa que para este esquema necesitará un balun entre el instrumento de prueba y su DUT. Lo cual es otra fuente potencial de errores.

Gracias Fotón. Esto es más como lo que busco. Dado que esto es LVDS, ¿necesito un par de acopladores direccionales? ¿Por qué usar una onda de pecado pura? ¿Por qué no usar mis señales reales? Seguramente esto lo convertiría en una prueba más precisa.
Tal vez podría calibrarlo. Puedo crear una situación con máxima reflexión dejando fuera el terminador. Y puedo crear un reflejo mínimo usando un cable HDMI 100R y un terminador 100R.
El acoplador direccional y el detector de rf no tendrán una respuesta particularmente uniforme sobre la frecuencia. Entonces, realmente no sabrá cuál es la respuesta a su entrada de onda cuadrada. Además, no sabrá la respuesta de fase en cada frecuencia, por lo que, en general, es una medida bastante limitada. Pero podría acercarte bastante a un buen partido.
Fresco. Ahora estoy leyendo sobre acopladores direccionales. ¿Existe tal cosa como un acoplador direccional diferencial?
@Rocketmagnet - ¿No conecte a tierra el acoplador? O use un balun para pasar de un solo extremo a diferencial.
Realmente disfruto esta solución. Me encantan los ingenieros que saben bromear con trucos como este, no hay nada más divertido que "hacer trampa" de la manera estándar. ¡Con algo de trabajo podríamos fabricarlo todo! Un acoplador direccional de PCB con un rango operativo pequeño es bastante fácil de dañar y un oscilador de 1 GHz sería bastante fácil, en lo que respecta a estas cosas, de fabricar nosotros mismos, ¡ahora hay un proyecto divertido!

No tienes que gastar un millón de dólares para conseguir un VNA decente. Dado que tiene las habilidades para construir circuitos, puede construir uno usted mismo por alrededor de $ 400 USD. He estado construyendo un VNA N2PK durante los últimos meses. No necesita ninguna herramienta especial, solo una mano firme y una buena estación de soldadura. Hay un grupo de Yahoo activo , en la sección de archivos hay muchos proyectos completados. Obtuve la mayoría de las piezas a través de Digikey , con algunas de Mouser y MiniCircuits . También he estado escribiendo mi progreso en mi sitio web .

¿Es ese adecuado para señales diferenciales? IE ¿Podría usarlo para probar algún cable de par trenzado hecho en casa?
@Rocketmagnet - Posiblemente: picosecond.com/objects/AN-21.pdf Algo que intentaré una vez que termine mi VNA.

En mi opinión, lo más obvio es construir un oscilador (o un multivibrador, que tenga ondas cuadradas) con frecuencia variable y mirar la señal en el otro extremo del cable si la degradación es aceptable.

Pero primero debe definir algunas dimensiones: 100 Mb/s es el ancho de banda general o solo para la carga útil. Primero debe convertirlo en una frecuencia de señal (en Hz) y luego verificar la longitud del cable para asegurarse de que tenga la longitud adecuada.

Creo que las medidas tienen sentido cuando tienes una hipótesis para verificar, de lo contrario no sabrás qué hacer con los resultados.

El problema es que mi osciloscopio no es lo suficientemente rápido para realizar una medición significativa a esta velocidad. Un visor como ese cuesta miles de libras.
@Rocketmagnet, aún puede asegurarse de que pase una onda sinusoidal de 100 MHz y que la línea tenga la longitud adecuada para tener ondas estacionarias
Bueno, el cable es bastante corto (alrededor de 300 mm) en comparación con la longitud de onda. No estoy seguro de cuál sería exactamente la longitud de onda, porque aparentemente la velocidad de propagación depende en gran medida del medio.
Una cosa que estaba considerando era colocar un transmisor LVDS a 100 MHz en un extremo del cable y medir la amplitud del voltaje a través de la resistencia de terminación usando un opamp de alta velocidad configurado para la detección de picos. De esa manera, al menos puedo comparar los cables para ver cuánta energía se disipa a través del terminador. ¿Eso suena sensato?
@Rocketmagnet, eso es esencialmente poner un detector de RF en el extremo de terminación. Pero, ¿qué te dice? Si tiene una resistencia de terminación demasiado alta, medirá un voltaje máximo más alto. Si tiene demasiado bajo, medirá un voltaje pico más bajo. Pero, ¿cómo sabrás cuándo estás perfectamente emparejado? ¿Cómo sabrás si te estás sobrepasando o no?
Además, la longitud crítica de la línea depende más de los tiempos de subida y bajada de la señal de origen que de la tasa de bits. Entonces, ¿cuáles son sus tiempos de subida y bajada? El problema es que no tiene el presupuesto para el equipo de prueba que podría decirle... Creo que la razón por la que no ha obtenido muchas respuestas a su pregunta es que no hay una varita mágica. Si desea trabajar a 100 MHz y más, debe presupuestar el equipo de prueba adecuado en esas frecuencias.
Lo que pensé fue que, si la terminación y el cable coincidían, toda la energía sería absorbida por el terminador y no se reflejaría. Por lo tanto, cuanto mayor sea el voltaje, ¿mejor será la coincidencia? ¿Seguramente no puede ser tan simple como mayor resistencia = mayor voltaje?
@Rocketmagnet no, porque cuanto mayor es la terminación, menor es la corriente; el partido es cuando las resistencias son iguales
Sí, pero puedo corregir fácilmente la resistencia. Un ohmímetro es muy barato. ¿Qué sucede con el voltaje a través del terminador si varío la impedancia del cable?
Si la terminación R es mayor que la impedancia de línea Z0, se obtiene una reflexión con tensión positiva; entonces, si mide el voltaje en la terminación, es más alto. Si R < Z0, obtiene un reflejo con voltaje negativo, por lo que mide un voltaje más bajo en la terminación. Pero si está haciendo esto variando Z0 en lugar de R, también crea una falta de coincidencia en el extremo de la fuente y obtiene múltiples reflejos en la línea. Cuál es el resultado final medido en términos de voltaje pico en el extremo de terminación no es trivial de predecir.
Una cosa que podría hacer es obtener un voltímetro vectorial y medir el VSWR en la línea. Los precios de EBay están en el orden de $ 1000- $ 2000, que creo que son solo alrededor de 35 peniques en dinero británico. Pero esto es muy tedioso y está bien encaminado hacia la respuesta de Mark y la construcción de su propio VNA.
Ojalá esto no fuera tan difícil. ¿Alguien está dispuesto a iniciar un proyecto colaborativo de alcance 1Gs/s de código abierto?
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