Treiben der 74HC-Logik mit Sub-Nanosekunden-Taktreferenz

Mein Ziel:

Ich versuche, eine 74HC-basierte digitale Schaltung von einer Taktreferenz mit einer Impulswiederholungsrate von 10 bis 15 MHz zu phasensperren. Die Impulsbreite beträgt etwa 400 Pikosekunden. Die Spitzenspannung liegt manchmal unter 700 mV, abhängig von der Länge des Koaxialkabels.

Die Form der Uhr stört mich eigentlich nicht; Sogar eine Umwandlung in eine sinusförmige Wellenform wird akzeptiert, solange ich meine 47HC-basierte Elektronik von diesem schwach gepulsten Trigger aus ansteuern kann. Sollte ich nach Designs suchen, um die Uhrreferenz vorzukonditionieren? Ich strebe im Allgemeinen eine kostengünstige Lösung an, sonst wäre es ein Overkill für mein digitales Board (~ 50 US-Dollar).

Taktreferenz bei einer Impulswiederholungsrate von 10 bis 15 MHz

Schaltplan der Taktreferenz

Die Taktquelle wird von einem Photodetektor erzeugt. Das Folgende zeigt das interne Schaltungslayout, das vom Hersteller bereitgestellt wird. Ich kann die Schaltung im Fotodetektor nicht modifizieren, da dadurch die Garantiebedingungen ungültig werden.

Taktreferenzschaltung

Dinge, die ich versucht habe:

1. 74HCU04 Verstärker

Das folgende Layout aus diesem Blog entfernt die Impulse, anstatt sie zu verstärken:

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Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

2. NPN-Klasse-C-Verstärker

Ich beobachte ein Klingeln bei etwa 300 mVpp, aber ich kann die Impulse nicht sehen:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung


[BEARBEITEN] Bisher Erreichtes basierend auf Antworten

George Herold erinnerte mich daran, dass mein Stromquellensignal vor der Verstärkung in eine Spannung umgewandelt werden muss. Also schalte ich jetzt den 50Ohm-Abschlusswiderstand in Reihe mit meinen Verstärker-Gates.

Da ich nur HCU04 zur Hand habe, habe ich an der Kondensator-Widerstand-Kombination herumgebastelt, um das Signal mehrstufig zu verstärken:

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Simulieren Sie diese Schaltung

In Stufe 2 und 3 muss ich das Signal AC-koppeln, damit es bei VCC/2 vorgespannt werden kann, bei dem der Verstärkungseffekt am größten ist. Andernfalls driftet die Basislinie des Impulssignals entweder zu VCC oder GND, wo keine Verstärkung stattfindet. Die 4. Stufe funktioniert einfach wie ein Inverter, um mir eine steigende Flanke zu geben.

Verstärkte Signale

Gibt es dafür eine Gestaltungsregel? Ich fürchte, das Ergebnis ist auf dem PCB-Layout möglicherweise nicht reproduzierbar.

Denken Sie nur laut nach - wenn die Impulsbreite ~ 400 ps beträgt, muss jeder Verstärker, den Sie verwenden, einen Frequenzgang bis in den GHz-Bereich haben, oder? Das könnte der Grund sein, warum keiner dieser Schaltkreise für Sie richtig funktioniert hat.
Das ist also am Ende eines Koaxialkabels? Kannst du es bis dahin erreichen? So etwas wie Ihre Transistorschaltung. Aber 1 M Ohm wird viel zu groß sein. Vielleicht 1k oder weniger. (R2 kleiner machen) Es gibt den alten Impulsdehner, der eine Diode in eine Kappe mit einem längeren Reset-Widerstand gegen Masse bringt. Aber ich bin mir nicht sicher, ob eine normale Diode (1n4148) schnell genug ist. (Oh, wenn man sich ein st9011-Datenblatt ansieht, wird das nicht schnell genug sein.)
Ich weiß nicht, ob das überhaupt hilft, aber Sie können viel schneller als 10 bis 17 ns Ausbreitungsverzögerung der HCU-Familie sein. Ein 74ABT04 hat eine Laufzeitverzögerung von 3,4 ns bei 5 V.
Ist ein GHz-Verstärker die einzige Lösung für mein Problem? Ich meine, ich brauche nicht einmal Verstärkungslinearität - solange ich die Impulszahl nicht verpasse, bin ich damit einverstanden.
Sollte ich bei Verstärkerlösungen nach Designs suchen, die Ladung statt Spannung verstärken? Ich denke daran, weil in diesem 400-ps-Impuls nur eine winzige Energie gespeichert wird - alle Schaltkreise, die Spannungsänderungen erkennen, absorbieren unweigerlich den endlichen Ladungszufluss und glätten das Eingangssignal.
@GeorgeHerold Ja, die Uhrreferenz kommt von einem Koax-Ende. Ich kann die Schaltung nicht vor dem Koax-Ende modifizieren, da dadurch die Garantie erlischt. Die obige Oszilloskop-Spur ist bereits eine Back-to-Back-Messung - ich erwarte einen Abfall der Spitzenspannung, wenn ich sie mit einem Kabel an meine Digitalplatine weiterleiten muss.
Ich weiß überhaupt nicht, wovon ich hier rede, aber Ihr Oszilloskop scheint es erkennen zu können, also können Sie vielleicht herausfinden, wie es das macht, und es ähnlich machen ...
@Antony, was ist also die Quelle dieses Signals? (Wenn es aus einer Kiste kommt, fragen Sie denjenigen, der die Kiste hergestellt hat, nach Schaltkreisen / Ideen, um es zu erkennen.)
@GeorgeHerold Der Anbieter hat mir den Schaltplan der Taktreferenz zur Verfügung gestellt. Klingelt es bei dir?

Antworten (2)

Es geht um Kapazitäten.

74HC-whatever ist dafür zu langsam. Die Eingangskapazität für jeden "Block" Ihrer Schaltung beträgt 3,5 pF. Dies glättet Ihren 0,4-ns-Impuls.

Der ST9011-Transistor ist auch zu langsam. Datenblatt sagt: 370 MHz Bandbreite und 1,5 pF Kollektor-Basis-Kapazität. Sie haben dort wahrscheinlich auch einige zusätzliche parasitäre Kapazitäten.

400 ps sind eine ziemlich kurze Zeit, möglicherweise nicht genug, um die Kapazitäten Ihrer gesamten Schaltung aufzuladen. Verkabelung und Leiterplatte sind sehr wichtig, wenn Sie mit solchen kurzen Impulsen oder hohen Frequenzen umgehen.

Sie benötigen einen ~2,5-GHz-Transistor und eine korrekte Verdrahtung/Leiterplatte, um parasitäre Kapazitäten zu eliminieren.

2,5 GHz, weil 1/0,0000000004 s = 2500000000 Hz

Hochfrequenztransistoren sind nicht teuer, ich habe gerade einen zufälligen 6-GHz-Transistor ( BFR93A ) gefunden und er kostet weniger als 0,30 $, wo ich wohne. Sie können nach etwas mit höherer Verstärkung suchen oder es einfach ausprobieren.

OK mit dem hinzugefügten Schaltplan sind die Dinge viel klarer.
Die Fotodiode liefert einen Strom. Sie werden dies also mit dem Lastwiderstand in eine Spannung umwandeln. Sie wollen die Last R und alle Verstärker direkt neben dem BNC. (Kapazität ist nicht Ihr Freund.) Höchstwahrscheinlich verwenden Sie einen 50-Ohm-Widerstand. Aber es gibt keinen Grund, warum Sie nicht etwas Größeres ausprobieren sollten. Probieren Sie mehrere hundert Ohm aus und sehen Sie, ob das hilft. Wenn Sie am Ende einen Verstärker (Transistor) benötigen, empfiehlt Phil Hobbs den BFG25AX (jetzt veraltet und verschwindet schnell). Wenn Sie mehr als nur einen größeren R benötigen, fragen Sie und wir können einen Ersatz finden.

Können Sie Schaltpläne für einen Verstärker auf Transistorbasis vorschlagen? Gibt es technische Unterlagen, auf die ich verweisen kann, damit ich die entsprechenden Kondensator- / Widerstandswerte berechnen kann?
@Antony, Uck! Diese 74HC04 als Verstärker stinken. (Okay, ich habe sie noch nie benutzt, aber wenn Sie nicht auf einer einsamen Insel ohne Budget festsitzen, besorgen Sie sich das richtige Teil für den Job.) Wenden Sie sich zuerst an den Hersteller des Teils und fragen Sie ihn. Zweitens hängen Sie einen viel größeren Widerstand direkt am Ausgang des BNC an Masse. Dann kleben Sie einen Komparator darauf. (Ein schöner schneller Komparator..LT-Teilenummer morgen.)