TTL-Signal: Ausgangsimpedanz, Überschwingen und andere Eigenschaften

Ich habe eine Aufgabe für meinen Kurs für elektronische Messungen und Instrumentierung, insbesondere wurden ich und meine Gruppe gebeten, Zeit- und Spannungsmessungen mit Reflektometrie an Koaxialkabeln durchzuführen. Wir verwendeten einen Wellenformgenerator Agilent 33120A und ein Oszilloskop HP 54600B.

Eine spezielle Aufgabe bestand darin, die Ausbreitungsverzögerung über ein angepasstes 5-m-Koaxialkabel zu messen: Nachdem wir T-Stecker an beide Kanäle des Oszilloskops angeschlossen hatten, schlossen wir den Wellenformgenerator an den ersten Kanal an, steckten ein 5-m-Koaxialkabel an beide T-Stecker und passten an die Leitung, die einen 50-Ohm-Stecker mit dem zweiten T-Anschluss verbindet. Auf diese Weise konnten wir am Anfang und am Ende des Kabels ungefähr das gleiche Signal sehen und die Verzögerung zwischen den beiden Signalen messen. Wir haben diese Aufgabe sowohl mit einer 1-kHz-Rechteckwelle als auch mit dem Sync-Signal des Wellenformgenerators ausgeführt, der anscheinend ein TTL-Ausgang ist. Aus dem Handbuch: „Für Sinus-, Rechteck-, Dreieck- und Rampenwellenformen ist das Sync-Signal ein TTL „high“, wenn der Ausgang der Wellenform positiv ist, relativ zu null Volt (oder dem DC-Offsetwert). Das Signal ist ein TTL „ niedrig“, wenn der Ausgang negativ ist,

Hier ist ein Vergleich zwischen der erzeugten Rechteckwelle und dem Sync-Signal:

Hier ist eine Aufnahme, die eine erzeugte Rechteckwelle bei 15 MHz (obere Grenze des Wellenformgenerators) und das zugehörige Sync-Signal zeigt. Wenn man bedenkt, dass f3 des Oszilloskops bei 100 MHz liegt (wir werden auf diesem Oszilloskop niemals eine echte 15-MHz-Rechteckwelle sehen), können Sie deutlich sehen, dass das Sync-Signal und der "normale" Ausgang unterschiedlich erzeugt werden.

Ich bin mit TTL-Modulen nicht vertraut (ich weiß, dass es sich um eine BJT-Technologie handelt, die bei der Herstellung von Logikgattern verwendet wird, aber das war's). Ein bisschen Suchen hat mir gezeigt, dass TTL-Signale aufgrund ihrer Variation sehr schlecht für Übertragungsleitungen geeignet sind Ausgangsimpedanz auf ihren "hohen" und "niedrigen" Pegeln. Tatsächlich ist die angezeigte Sync-Welle (direkter Anschluss des Sync-Ausgangs an einen der Kanäle des Oszilloskops, Lesen der Spannung über einen offenen Stromkreis im Grunde genommen) ein ca. 4-V-Rechteckwelle mit einem Überschwingen von 400 mV (ungefähr 100 us lang) und mit einem ca. 200 mV DC-Offset, was mit meinen Erkenntnissen übereinstimmt (TTL-Low-Pegel sind 0-0,4 V, während TTL-High-Pegel 2,2 V-VCC sind). Wenn ich die Spannungsdifferenz am Koaxialkabel mit eingestecktem 50-Ohm-Abschluss ablese, das Überschwingen verschwindet vollständig (und natürlich die Spannung ungefähr halbiert). Warum ist das? Hängt das mit dieser variablen Ausgangsimpedanz zusammen?

Eine andere Frage ist: Zeitmessungen werden am besten mit der gewöhnlichen Rechteckwelle oder der Sync-Welle durchgeführt? Die Sync-Welle hat eine viel schnellere Anstiegszeit, daher würde ich auf Letzteres verweisen.