Das lange Kabel (1) – Signalübertragung

Das lange Kabel (1) – Signalübertragung

Ich habe gestern ein langes Telefonkabel bekommen um damit herumzuspielen, es handelt sich, wie mir von vertrauenswürdiger Stelle zugetragen wurde um so genanntes Sternvierer Kabel (english: TQ = Twisted Quad, analog siehe: TP = Twisted Pair).

Ich habe auf die Schnelle zwei (mehr oder weniger) interessante Experimente mit diesem Kabel gemacht:

Das Signal ist in beiden Experimenten das selbe, ein Rechteckpuls mit 50% Duty:

DSX_QuickPrint4

Abbildung 1: Das Signal für alle Messungen. Vpp = 1 V, f = 833 kHz. Die Flankensteilheit sollte etwa 10 ns betragen.

Die Anpassung ist nicht 100% optimal, weil ich am Signalgenerator Minikleps angeschlossen habe, aber man sieht ein recht sauberes Rechtecksignal mit rund 1 V Amplitude und 840 kHz Frequenz.

1. Reflexionen am Leitungsende

Um die Reflexionen am Leitungsende messen zu können und wie sich die Reflexionen verändern, wenn ich die Anpassung verändere habe ich die folgende Messanordnung verwendet:

ExperimenteMitKabel2

Abbildung 2: Signalreflexion am langen Kabel.

Oszilloskop und Signalgenerator sind direkt aneinander geschaltet, wie in Abbildung 1,zusätzlich hängt an den Kontaktstellen jeweils eine Ader des langen Kabels, am anderen Ende der beiden Adern habe ich ein Poti mit off-Stellung angelötet.

 Poti offen bzw. hochohmig

DSX_QuickPrint1

Abbildung 3: Impedanz zu hoch (Poti offen).

Optimale Impedanzanpassung (so gut wie es mit dem Poti geht)

DSX_QuickPrint2

Abbildung 4: Impedanzanpassung so gut es geht, das Poti steht etwa auf 40 Ω.

 Poti zu niederohmig

DSX_QuickPrint3

Abbildung 5: Impedanz zu niedrig (das Poti steht etwa auf 7 Ω).

2. Signalverzerrung durch eine lange Leitung

Das selbe Signal wie in Abbildung 1, diesmal auf verschiedenem Weg durch die Leitung geschickt.

Masse auf Sendeseite

ExperimenteMitKabel1

Abbildung 6: Die Masse ist auf Senderseite kontaktiert. Oszilloskop-Masse entspricht also Signalgeber-Masse.

DSX_QuickPrint5

Abbildung 7: Durch Reflexionen verzerrtes Signal.

Verbesserte Masse auf Sendeseite

Genau wie bei der Messung davor, nur, dass ich die Masse diesmal auf den Schirm gelegt habe, die Masse dürfte deswegen etwas geringere Impedanz aufweisen.

DSX_QuickPrint6

Abbildung 8:

Masse auf Empfängerseite

ExperimenteMitKabel3

Abbildung 9:

DSX_QuickPrint7

Abbildung 10:


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2 comments

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  1. Nils
    Nils 7 März, 2013, 13:52

    Wie sieht das eigentlich mit einem TP Kabel aus?

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    • Dr. Stack van Hay
      Dr. Stack van Hay 7 März, 2013, 14:29

      Hallo Nils,

      die Reflexionen am Leitungsende, um die es in diesem Artikel hauptsächlich geht, treten definitiv bei jedem Kabel auf. Elektrisch störend sind sie, wenn die Leitung „lang” ist. Was genau „lang” ist, kann man nicht genau sagen, eine Faustregel ist, glaube ich, dass eine Leitung als lang gilt, wenn sie so lang ist, dass das Signal länger als 15% der schnellsten Anstiegszeit braucht um das Kabel zu passieren.
      Bei einem typischen Mikrokontroller ist die Anstiegszeit ~2 ns, bei einer Lichtgeschwindigkeit von rund 20 cm/ns ist ein Kabel für einen Mikrocontroller also lang, wenn es länger als 40 cm ist.

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