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:
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:
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
Abbildung 3: Impedanz zu hoch (Poti offen).
Optimale Impedanzanpassung (so gut wie es mit dem Poti geht)
Abbildung 4: Impedanzanpassung so gut es geht, das Poti steht etwa auf 40 Ω.
Poti zu niederohmig
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
Abbildung 6: Die Masse ist auf Senderseite kontaktiert. Oszilloskop-Masse entspricht also Signalgeber-Masse.
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.
Abbildung 8:
Masse auf Empfängerseite
Abbildung 9:
Abbildung 10:
Wie sieht das eigentlich mit einem TP Kabel aus?
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.