Je souhaite fabriquer mes propres sondes bon marché (quelque peu jetables ou fixées en permanence aux prototypes) pour mes oscilloscopes.
Dans les circuits complexes et les PCB denses, il peut parfois être difficile de connecter toutes ces sondes (standard), les points de test peuvent ne pas être disponibles, les connexions peuvent induire une grande impédance de terre faussant les signaux, etc.
La solution que j'ai trouvée pour souder du câble coaxial à un connecteur BNC et souder le câble directement à la trace "intéressante" sur le PCB, ce qui rend une connexion plus robuste (pas de crochets à détacher, très ennuyeux), une mise à la terre beaucoup plus petite pistes. La fixation permanente de la sonde se traduira par une carte de prototypage / développement parfaite, fournissant toujours tous les signaux, prête à être connectée à l'oscilloscope.
Comment puis-je accomplir cela? Les signaux peuvent être dans la gamme MHz (10-30 MHz par exemple).
Je pensais au câble coaxial standard de 50 ohms, y a-t-il quelque chose de mieux? Dois-je y mettre fin?
Pour sonder 1:10 je pense qu'un simple diviseur de tension suffit. Est-ce vrai?
Qu'en est-il de la compensation de capacité? Comment réduire généralement la capacité de la sonde?
Autre chose à garder à l'esprit, à propos des sondes? Ou tout autre moyen d'atteindre les objectifs ci-dessus?
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Réponses:
Ce n'est généralement pas une bonne idée. Vous feriez bien mieux de créer des points de capture pour les sondes de portée régulières (assurez-vous de fournir des points de capture à proximité pour le clip au sol, bien sûr).
Il y a un certain nombre de problèmes, dont la plupart vous avez réellement pris en compte - c'est juste qu'une connexion coaxiale directe n'est pas le moyen de les résoudre.
Voici votre premier problème. Les signaux à 30 MHz subiront une dégradation visible s'ils alimentent des longueurs de câble coaxial, sauf si le câble coaxial est terminé. Vos signaux se propageront à l'oscilloscope, seront réfléchis, puis réfléchis à nouveau et déformeront le signal de l'oscilloscope, etc. théorie.
Oh, absolument. Si vous le faites, vous obtiendrez d'excellents signaux à la portée. Ummm. Eh bien, il y a le petit problème de conduire le câble, bien sûr. Pour un câble de 50 ohms, vous devez fournir une source capable de piloter avec succès 50 ohms. Cela exclut tous les amplificateurs opérationnels "normaux" et tous les circuits logiques "normaux". Cela implique une série d'amplificateurs haute vitesse et haute puissance sur votre carte qui ne sont utilisés que lorsque vous connectez votre oscilloscope à la carte, et pour la plupart des circuits représentera une augmentation considérable de la dissipation de puissance - vous aurez donc besoin de plus grandes alimentations . Mais allez-y, certainement.
Hélas non. Bien qu'il soit vrai que vous pourriez fournir quelque chose comme un diviseur 550/55 pour produire une source nominale de 50 ohms, lorsqu'il est connecté à une charge de 50 ohms, vous obtiendrez environ une division par 20. Votre circuit verra une charge d'environ 600 ohms, ce qui est mieux que 50 ohms, mais il est toujours en dehors de la plage que la plupart des circuits sont satisfaits.
Il est vrai que cela fonctionne pour la division par 10 sondes, mais uniquement avec un câble coaxial avec perte. Vous pourriez être tenté d'essayer un câble coaxial non terminé, mais celui-ci aura une capacité considérable (généralement 25 pf / ft pour RG58, par exemple) de chargement du circuit.
La seule "bonne" façon de faire ce que vous voulez est, comme je l'ai mentionné, d'installer un ampli pilote de 50 ohms à chaque point que vous souhaitez surveiller, puis de terminer le câble à la portée avec 50 ohms. Et ce n'est probablement pas très bon.
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Une sonde de portée passive typique ressemble un peu à ceci (premier coup de recherche d'image Google):
et chaque partie est bien conçue, souvent avec des décennies d'expérience en tête. Vous pouvez certainement faire vos propres sondages, et cela dépend de votre objectif réel. Tu vois juste quelque chose? Certainement possible, facile et bon marché. Attention aux sondes Z0 par exemple. Vous avez une idée de l'apparence réelle de la forme d'onde? Cela devient maintenant beaucoup plus difficile. La bande passante typique des sondes commutables en position 1X est de 5 à 8 MHz et même la meilleure ingénierie ne peut pas obtenir beaucoup plus, alors pourrez-vous avec votre configuration domestique? Peu probable.
Voici deux exemples de choses réalisées dans des sondes hautes performances modernes qui sont assez difficiles à reproduire à la maison, sauf si vous achetez les pièces:
Permettez-moi de vous montrer une nouvelle recherche d'images google ici:
Il s'agit de l'impédance en Ohm par rapport à la fréquence du signal pour trois capacités de pointe de sonde différentes. Comme vous pouvez le voir, même pour les 5pf déjà très bas, vous avez toujours des centaines d'Ohm d'impédance au lieu de Megaohms recherchés (il y a des sondes avec <1pf sur le marché, et leur prix est dans les milliers, et cela a une raison) . Cette réponse doit être aplatie pour voir les formes d'onde appropriées.
Pour plus d'informations sur les sondes de portée sous forme vidéo, je recommande:
Aussi une bonne lecture sont celles-ci
tl; dr
Peut tu? Certes, avec suffisamment de connaissances, vous pouvez, mais franchement, si vous aviez cela, vous ne poseriez pas la question ici, n'est-ce pas?
Devrais-tu? Probablement pas, sauf si la seule question à laquelle vous voulez avoir une réponse est "Y a-t-il quelque chose", auquel cas une sonde Z0 de brassage domestique est probablement parmi les meilleures. Si vous voulez une certaine précision des formes d'onde, vous devez caractériser correctement la réponse en fréquence des sondes et l'aplatir de sorte qu'il n'y ait pas ou une distorsion minimale dans votre forme d'onde.
Si d'un autre côté, c'est pour jouer et apprendre comment fonctionnent les sondes de portée, c'est une très bonne idée à faire.
Si la chose qui vous préoccupe le plus est l'accessibilité et la capacité d'attachement des points de test avec des chemins à faible inductance, regardez la vidéo de Bob Pease vers 8h00.
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Il existe deux types de base de sonde passive, les sondes à faible impédance et les sondes à haute impédance.
Des sondes à faible impédance sont utilisées avec l'entrée de l'oscilloscope réglée sur le mode 50 ohms et une ligne coaxiale de 50 ohms à l'oscilloscope. Vous avez alors une résistance série à la pointe pour donner votre facteur d'échelle (ie 450 ohms pour une sonde x10). L'avantage de cette configuration est qu'elle est simple et qu'elle fonctionne bien aux hautes fréquences. Il a ces belles caractéristiques car il traite le câble comme une ligne de transmission appropriée alimentant une charge adaptée. L'inconvénient est qu'à basse fréquence, il charge l'appareil testé plus qu'une sonde à haute impédance. De plus, certains oscilloscopes bon marché n'ont pas d'option d'entrée de 50 ohms, vous pouvez utiliser un raccord en T externe et une terminaison, mais ce n'est pas aussi bon en termes de performances.
Si vos signaux sont importants, vous voudrez peut-être envisager de créer une sonde 100x de cette manière. Moins de charge sur le circuit mais évidemment pire snr.
Pour les sondes à haute impédance, vous avez la portée sur une impédance d'entrée de 1 mégohm. Ainsi, votre résistance série devient 9 mégohms pour une sonde x10. Cependant, le simple fait d'avoir une résistance entraînera une sonde mal comportée. Pour obtenir une sonde bien comportée, vous devez ajouter un condensateur à travers votre résistance qui est 9 fois plus petit que la capacité combinée de votre entrée de portée et de votre câble coaxial (nous traitons maintenant le câble comme un condensateur plutôt que comme une transmission ligne, cela fonctionne bien tant que notre câble est beaucoup plus court que la longueur d'onde). Souvent, un condensateur variable est utilisé car il est difficile de prévoir la capacité parasite. À mesure que la fréquence augmente, il est plus difficile de fabriquer de bonnes sondes à haute impédance, ce qui nécessite des astuces supplémentaires telles que les câbles spéciaux avec perte mentionnés dans d'autres réponses.
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La construction physique d'une sonde passive haute performance n'est pas facile car vous devrez atteindre une capacité parasite extrêmement faible pour que le diviseur de tension fonctionne correctement (produit une réponse plate) sur une large gamme de fréquences. Même le câble coaxial reliant la sonde à l'oscilloscope est difficile, si vous lui donnez une longueur importante. Il est donc très difficile de construire une sonde passive qui ne charge pas fortement le circuit.
Si cela vous intéresse, je vous propose d'essayer une sonde active, pour laquelle vous pourrez organiser une impédance de sortie de 50 ohms pour une connexion directe à l'oscilloscope. Vous pouvez trouver des amplificateurs opérationnels à entrée FET à large bande qui ont une capacité d'entrée relativement faible, comme le THS4631 , qui a 1 GOhm || 3,9 impédance d'entrée pF. Il devrait être plus pratique de rendre un diviseur de tension à large bande local à l’amplificateur opérationnel que de construire une sonde passive avec seulement quelques pF de capacité.
L'inconvénient est que ce n'est pas tout à fait trivial non plus, et vous ne voudrez peut-être pas traiter ces sondes comme jetables, car les amplificateurs opérationnels coûtent plusieurs dollars chacun, plus le coût des PCB. Voici un bon exemple d'un design de Rocketmagnet , qui montre ce qui pourrait être impliqué. Une sonde asymétrique peut être un peu plus simple, bien que selon vos besoins, vous ayez toujours besoin de plus d'un ampli-op. Si vous pouvez vous en sortir avec le strict minimum d'un ou deux amplis-op et un diviseur de tension, vous pourriez éventuellement le construire sur un morceau de carte cuivrée et le laisser attaché au circuit à tester. La question de savoir si cela vaut l'effort et le coût à chaque fois dépend de vous.
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