Puls üreteci ile osiloskop bant genişliği hesaplamak ve TDR

[ckocagil]

Bir süre önce Hackaday'den Ted Yapo'nun TDR yapmak için tasarladığı puls üretecini yapmıştım. https://hackaday.io/project/164165-tiny-tdr Adı puls olsa da aslında kare dalga üretiyor. Ama bu kare dalganın özelliği geçişlerin çok çok keskin olması. Ted Yapo bu devrenin 0'dan yükseğe çıkışını 530 ps (pikosaniye) olarak ölçmüş.

TDR (Time Domain Reflectometry) nedir? Kabloya bir puls veya kare dalga verirsiniz, verirken de aynı noktada osiloskopla sinyali izlersiniz. Bu sinyal kablo içinde yaklaşık olarak 0.5 c (ışık hızının yarısı) ile ilerler. Eğer kabloda bir pürüz, girinti, çıkıntı, sert köşe varsa sinyalin bir kısmı oradan geri seker ve osiloskopta düzgün bir kare dalga yerine bu girinti çıkıntılar aynen görülür. Kablo kopukları ve kısa devreler de çok kolay tespit edilebilir. Dahası, bu anomalilerin ne kadar zaman içinde geri geldiğini osiloskopta gördüğümüze ve sinyalin hızını da bildiğimize göre kablonun neresinde arıza var hesaplayabiliriz. Yani ışık hızına yakın hızları ölçebiliyoruz :O

Bu teknik endüstride çok yaratıcı şekillerde kullanılıyor. Yüzlerce metre kablo döşediniz ama sıkıntı mı var? Hop TDR. Denizin altındaki fiber optik kablo mu koptu? Hop optik TDR. Bir uçağın elektrik aksamında kısa devre oldu ve yüzlerce kabloyu sökmek istemiyor musunuz? TDR.

 

[taydin]

Impulse kullanarak bir sistemin frekans tepkisini tek seferde görüntüleme işini Youtube'daki "The Signal Path" kanalında görmüştüm. Bir spektrum analizörün girişine çok dar bir iğne pals veriliyor (buna dirac function da deniyor). İdeal bir dirac pulse'da bütün frekans bileşenleri eşit enerjide mevcuttur. Bu pals ile spektrum analizörün frekans tepkisini herhangi bir sweep yapmadan anında görüyorsun Bunları hep teorik olarak üniversitede görmüştük ama böyle uygulamada görünce çok daha kalıcı oluyor.

TDR ile kablo kopuk yerini bulmak, veya bir nesne ile aradaki mesafeyi bulmak, elinde pals üreteci ve yeterince hızlı bir osiloskop varsa hakikaten kolaylıkla yapılabilecek birşey. Ama örneğin lazer mesafe ölçerlerde bu iş nasıl yapılıyor? Yani giden dalga ile gelen dalga arasındaki faz farkı nasıl hesaplanıyor? Pikosaniyeler mertebesindeki bir çözünürlük ile faz farkını ölçüp bir değer üretmesi gerekiyor

 

[ckocagil]

Elimdeki ekipmanla ilk yapabildiğim şey osiloskopumun bant genişliğini ölçmek. Bakalım dandik OWON SDS7102 hakikaten de 100MHz miymiş.

Bu osiloskopun kendi kare dalga üreteci. Zavallı dalganın kenarı 590-600 nanosaniyede ancak yükselebiliyor.

Bu da TinyTDR. %10'dan %90'a 3-4 nanosaniye arası bir zamanda çıkıyor. Osiloskop 3.2ns demiş. Hadi biz 3.5ns diyelim. Formül: bant genişliği = 0.35 / rise-time. Yani 0.35 / 3.5 = 100 MHz. Spesifikasyona tam olarak uyuyor. Tektronix modern dijital osiloskoplarda 0.35 yerine 0.45 kullanmak gerektiğini söylemiş, öyle hesaplarsak da 128 MHz elde ediyoruz.

 

[ckocagil]

Ama örneğin lazer mesafe ölçerlerde bu iş nasıl yapılıyor? Yani giden dalga ile gelen dalga arasındaki faz farkı nasıl hesaplanıyor? Pikosaniyeler mertebesindeki bir çözünürlük ile faz farkını ölçüp bir değer üretmesi gerekiyor

Basit time-of-flight sensörleri faz farkı hesaplamıyor olmalı. Neden ihtiyacı olsun ki?

 

[taydin]

Basit time-of-flight sensörleri faz farkı hesaplamıyor olmalı. Neden ihtiyacı olsun ki?

Lazer mesafe ölçerlerin nasıl çalıştığını hep merak etmişimdir. Bana en makul yol, giden ve gelen sinyal arasındaki faz farkını ölçmek gelmişti. Yoksa giden sinyal ile gelen sinyal arasındaki zamanı saydırmak için gigahertzler mertebesinde clock hızında counter gerekiyor, bu bana çok daha zor gibi geliyor.

 

[ckocagil]

Lazer mesafe ölçerlerin nasıl çalıştığını hep merak etmişimdir. Bana en makul yol, giden ve gelen sinyal arasındaki faz farkını ölçmek gelmişti. Yoksa giden sinyal ile gelen sinyal arasındaki zamanı saydırmak için gigahertzler mertebesinde clock hızında counter gerekiyor, bu bana çok daha zor gibi geliyor.

Biraz araştırdım, time-of-flight en basiti diye anlatmış bütün siteler. VL53L0X modülü çok yaygın, ucuz ve iyi sonuç veriyor - işim düşmüştü ve alternatifleri arasında fiyat / performans açısından en iyisi buydu. Ama dış mekanlarda ToF ile sıkıntı yaşanıyormuş, bu yüzden profesyonel mesafe ölçerlerde ışığın gücünü modüle edip faz farkı ölçen bir sistem varmış. https://www.rp-photonics.com/laser_rangefinders.html

TDR için şimdi bana bir koaksiyel kablo lazım. Evde 50 ohm kablo bulamadım. Kablonun uzunluğunu ölçebilirsem deneyim bitecek.