TDR Messgerät Entwicklung

[wkrug]

Hallo,
Ich bin zur Zeit auf der Ideensuche für die Realisierung eines TDR ( Time Domain Reflectometry ) Messgerätes.

Mein Plan wäre ein Rechtecksignal zu generieren und dieses dann auf das zu messende Kabel zu geben.
Die Auswertung soll dann über schnelle Komperatoren erfolgen, die Ihre Vergleichsspannung von einem A/D Wandler erhalten.
So sollte über mehrere Messzyklen mit veränderter Referenzspannung die Länge des Kabels, offene Enden, Kurzschlüsse sowie der ungefähre Wellenwiderstand des Kabels ermittelt werden können.

Was natürlich nicht geht, ist die Länge von richtig abgeschlossenen Kabeln zu erkennen.

Ein Microcontroller ist für die Messung so kurzer Zeiträume nicht geeignet.
Meine Idee wäre hier ein Time of Flight IC zu nehmen ( z.B. das TDC7200 ) und die gemessenen Werte dann von einem Microcontroller auslesen zu lassen.

Als Controller würde wohl ein Typ aus der AVR Controllerserie zum Einsatz kommen, weil Ich die kenne - Vorerst hatte Ich da mal einen AVR32DB32 vorgesehen.
Ein Display soll dann die entsprechenden Werte, sowie grob den Signalverlauf anzeigen. Vorerst mal ein 128x64 Pixel Display, weil Ich die hier habe.
Im fertigen Gerät möchte Ich dann eine Tabelle hinterlegen in der dann der jeweilige Velocoty Faktor ( Laufzeit des Kabels ) für verschiedene Kabeltypen hinterlegt ist.
Damit die gemessenen Längen dann auch stimmen.

Was haltet Ihr von der Idee?
Ist das mit einfachen Mitteln realisierbar?
Sollte man für die Messung ein anderes Konzept verwenden? Welches?

[Crazy Harry]

Hallo W, ich hab mir schon vor längerer Zeit diesen Link bzw. die Webseite Offline gespeichert, in der Hoffnung, daß ich einmal Zeit finde mich damit zu befassen. Evtl. findest du da brauchbare Informationen.
https://ngb.to/threads/bauanleitung-...r-irm2.123625/

BTW habe ich früher mal darüber einiges gelesen und alle Lösungen deuten auf die Verwendung eines Oszilloskops hin: Puls einspeisen, Oszi sieht Startpuls und Reflexion. Über die Zeit ist die Länge errechenbar und man sieht evtl. noch weitere Reflexionen von z.B. irgendwelchen Flickstellen im Kabel.

[wkrug]

Hallo Harry,
Ich kenn sogar den Verfasser dieser Anleitung.
Die Lösungen mit dem Oszilloskop kenn Ich schon. Eine war auch schon mal in Elektor.
Was diese Lösungen alle nicht können ist es die Längen für verschiedene Kabeltypen zu bestimmen ( Velocity Faktor ).
Vorerst nehm Ich mal nur ein paar schnelle Komperatoren und guck mal, ob es im Prinzip funktioniert.
Falls das funktioniert kommt im nächsten Schritt ein Time to Digital Konverter und ein Microcontroller zum Einsatz.
Der Controller kann dann aus der Laufzeit eine Länge für verschiedene Kabeltypen berechnen.
Es soll ja ein tragbares Gerät werden.
So wäre vorerst mal mein Plan.

[Moppi]

Du brauchst ein sehr gutes Rechtecksignal. Dafür wiederum brauchst du extrem Schnelle Logikgatter, mit kurzen Anstiegs-und Abfallzeiten (74LVC..). TDC7200 scheint perfekt zu passen.

[wkrug]

Danke für den Tipp mit den Logikgattern.
Wäre ein 74AHC14 ( 6fach Schmitt Trigger ) schnell genug?.
Die Impulse würde Ich mit einem Microcontroller erzeugen und mit dem 74AHC14 puffern, da der TDC7200 ein bestimmtes Timing an verschiedenen Pins erfordert.
Also Quasi = D/A Vergleichsspannung -> Enable -> Impulsstart -> Impuls -> Messung. Das Impulsende würde Ich mit einem Timer machen.
Dadurch wäre die Impulslänge frei programmierbar.
Ein kleineres Problem ist noch, das die Komperatoren und die Logik mit 5V laufen, der TDC aber mit 3,3V.
Ein schneller Komperator mit Open Kollektor Ausgängen wäre da einfacher anzubinden.

Ein Display muss das Teil auch bekommen - Ich weiß nur noch nicht welches.
Da Ich auch eine Art Oszillogramm + Messwerte darstellen möchte ist mir ein 128x64 Pixel Display zu klein.
Also eher ein 320x240 mäßiges wie das hier.
Ich sammel zur Zeit nur mal Ideen, weil ein anderes Projekt gerade Vorrang hat.

[Moppi]

Der Mikrokontroller ist nicht das Problem. Die Signale müssen aber durch die Materie zurück, wodurch sie verfälscht und damit schlecht erfassbar werden. Deswegen nimmst Du einen Mikrokontroller und ein nachgeschaltetes Logikgatter, das extrem schnell steile Flanken erzeugt. D.h. das Logikgatter muss schneller sein, als der µC die Signale erzeugen kann, das reicht aus. Vielleicht gibt es einen sweet spot (Flankensteilheit zur Messgenauigkeit und Auflösung), wo der liegt wirst du feststellen. Dein 74AHC14 könnte unter bestimmten Voraussetzungen funktionieren. Aber die LVC-Gatter sind schneller und daher sicher besser geeignet. Wenn Du den 74AHC14 hast, kannst Du damit zuerst testen.

"Damit die gemessenen Längen dann auch stimmen."

Das ist Deine Wunschvorstellung. Definiere was genau genug ist. Die gemessene Kabel-Länge hängt auch von der Steilheit der Signalflanken ab. Evtl. musst Du wohl noch tiefer in den Profibereich vordringen (wie LMH7322 der weitaus steilere Flanken erzeugen kann als ein LVC).

[wkrug]

...das extrem schnell steile Flanken erzeugt. D.h. das Logikgatter muss schneller sein, als der µC die Signale erzeugen kann, das reicht aus.

Ich möchte nicht die Messmethode mit den kurzen Impulsen und dem Echo machen - falls Du das meinst - sondern etwas längere Rechtechsignale benutzen und die Impulshöhe auswerten.
Siehe hier.
Da alle Messungen mit den gleichen Koperatoren stattfinden sollen spielt die " Reaktionszeit " eine untergeordnete Rolle.
Die Referenzspannung der Komperatoren möchte Ich mit einer Rampe ansteuern und dann in etwa 128 Messwerte ( geplant ) abspeichern, sortieren und daraus ein pseudo Oszillogramm erzeugen.

[Moppi]

Dann brauchst Du den TDC7200 nicht. Wenn Du die Amplitude misst (in festen intervallen die dein µC intern erzeugt), hat der TDC7200 keinen Nutzen, er würde nur die Zeit messen bis das Signal zurück gekommen ist.

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Gut, dann versuche ich mal eine mögliche Lösung, um die Timing-Probleme mit einem µC zu umgehen:

-CPU sendet Impuls: Die CPU schaltet einen Pin, um den Impuls ins Kabel zu senden.
-CPU startet Timer: Die CPU gibt einem Hardware-Timer den Befehl zu starten.
-Timer startet ADC: Nach Ablauf der genauen Wartezeit sendet der Timer ein Triggersignal an einen externen ADC.
-ADC misst: Der ADC führt die Messung durch und stellt das Ergebnis an seinem Ausgang bereit.
-CPU liest aus: Die CPU wird per Interrupt benachrichtigt oder prüft ein Statusflag, dass der Messwert am ADC bereitsteht. Sie liest das Ergebnis ein und speichert es.
-Wiederholung: Der gesamte Vorgang beginnt von vorn, mit Erhöhung des Timers für die Wartezeit (entspricht einer anderen Stelle im Kabel).

Dafür kannst du womöglich einen AD9280 nehmen.

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Dennoch würde hier ein 74LVC1G14 gut sein, der der Signale formt die vom µC kommen. Denn auch der ADC soll ja einen möglichst genauen Wert liefern und nicht irgendwas durch zu lange Flanken Verwaschenes. Zudem wäre er mit dem µC pannungskompatibel.