Sono interessato a realizzare le mie sonde economiche (un po 'usa e getta o fissate in modo permanente ai prototipi) per i miei oscilloscopi.

In circuiti complessi e PCB densi a volte può essere difficile collegare tutte queste sonde (standard), i punti di prova potrebbero non essere disponibili, le connessioni possono indurre una grande impedenza di terra che distorce i segnali, ecc ...

La soluzione che ho trovato per saldare un cavo coassiale a un connettore BNC e saldare il cavo direttamente alla "interessante" traccia sul PCB, creando una connessione più robusta (nessun gancio da staccare, molto fastidioso), messa a terra molto più piccola conduce. Il collegamento permanente della sonda si tradurrà in una perfetta scheda di prototipazione / sviluppo, fornendo sempre tutti i segnali, pronti per essere collegati all'oscilloscopio.

Come posso realizzare questo? I segnali possono essere nella gamma MHz (ad esempio 10-30 MHz).

Stavo pensando al cavo coassiale standard da 50 ohm, c'è qualcosa di meglio? Dovrei terminarlo?

Per sondaggio 1:10 penso che sia sufficiente un semplice divisore di tensione. È vero?

Che ne dici di compensazione della capacità? Come ridurre generalmente la capacità della sonda?

Qualcos'altro da tenere a mente, sulle sonde? O un altro modo per raggiungere gli obiettivi di cui sopra?

Questa non è generalmente una grande idea. È molto meglio fare punti di presa per sonde di portata regolari (assicurandosi di fornire punti di presa vicini per la clip di terra, ovviamente).

Ci sono una serie di problemi, molti dei quali hai effettivamente preso in considerazione - è solo che una connessione coassiale diretta non è il modo di affrontarli.

I segnali possono essere nella gamma MHz (ad esempio 10-30 MHz).

Stavo pensando al cavo coassiale standard da 50 ohm, c'è qualcosa di meglio?

Ecco il tuo primo problema. I segnali a 30 MHz subiranno un degrado visibile se alimentano lunghezze di coassiale, a meno che il coassiale non sia terminato. I tuoi segnali si propagheranno all'oscilloscopio, verranno riflessi, quindi riflessi di nuovo e distorceranno il segnale dell'oscilloscopio, ecc. Mentre vale la pena tenere presente che le sonde dell'oscilloscopio regolari utilizzano il coassiale con perdita, questo non è qualcosa che userai con successo senza una buona dose di teoria.

Dovrei terminarlo?

Oh assolutamente. Se lo fai, otterrai eccellenti segnali nell'ambito. Ummm. Bene, c'è la piccola questione di guidare il cavo, ovviamente. Per un cavo da 50 ohm è necessario fornire una sorgente in grado di pilotare correttamente 50 ohm. Ciò esclude tutti gli amplificatori operazionali "normali" e tutti i circuiti logici "normali". Implica una serie di amplificatori ad alta velocità e ad alta potenza sulla scheda che vengono utilizzati solo quando si aggancia l'oscilloscopio alla scheda e per la maggior parte dei circuiti rappresenterà un notevole aumento della dissipazione di potenza, quindi occorrono alimentatori più grandi . Ma vai avanti, sicuramente.

Per sondaggio 1:10 penso che sia sufficiente un semplice divisore di tensione. È vero?

Ahimè, no. Mentre è vero che potresti fornire qualcosa come un divisore 550/55 per produrre una sorgente nominale di 50 ohm, quando collegato a un carico di 50 ohm otterrai circa una divisione per 20. Il tuo circuito vedrà un carico di circa 600 ohm, che è meglio di 50 ohm, ma è ancora al di fuori dell'intervallo con cui la maggior parte dei circuiti sono contenti.

Che ne dici di compensazione della capacità? Come ridurre generalmente la capacità della sonda?

È vero che questo funziona per dividere per 10 sonde, ma solo con coassiale con perdita. Potresti essere tentato di provare un coassiale non terminato, ma questo avrà una notevole capacità (ad esempio 25 pf / ft per RG58, ad esempio) del caricamento del circuito.

L'unico modo "buono" per fare ciò che vuoi è, come ho già detto, installare un amplificatore driver da 50 ohm in ogni punto che desideri monitorare, quindi terminare il cavo con l'oscilloscopio con 50 ohm. E probabilmente non è molto buono.

Un tipico probe dell'ambito passivo è un po 'simile a questo (primo risultato della ricerca di immagini di Google):

e ogni parte in esso è progettata bene, spesso con decenni di esperienza in mente. Certamente puoi fare le tue sonde, e dipende da quale sia il tuo obiettivo reale. Vedi solo qualcosa? Certamente possibile, facile ed economico. Cerca ad esempio le sonde Z0. Hai un'idea di come appare la forma d'onda attuale? Questo ora diventa incredibilmente molto più difficile. La larghezza di banda tipica delle sonde commutabili nella posizione 1X è 5-8MHz e anche la migliore ingegneria non può essere molto più alta, quindi sarai in grado di configurare la tua casa? Improbabile.

Ecco solo due esempi di cose fatte nelle moderne sonde ad alte prestazioni che sono piuttosto difficili da replicare a casa, a meno che non si acquistino le parti:

• il cavo della sonda non è strettamente coassiale, il suo conduttore interno è increspato ed è a perdita con una resistenza di 100-200Ω al metro.
• Il materiale plastico tra la punta e l'anello di massa non è solo fabbricato con precisione su misura, ma è un materiale con una costante dielettrica ben controllata per mantenere bassa la capacità.

Lascia che ti mostri di nuovo un po 'di ricerca di immagini di Google:

Questa è l'impedenza in Ohm rispetto alla frequenza del segnale per tre diverse capacità della punta della sonda. Come puoi vedere, anche per il 5pf già molto basso hai ancora centinaia di Ohm di impedenza invece di Megaohms desiderati (ci sono sonde con <1pf sul mercato e il loro prezzo è in migliaia e questo ha una ragione) . Questa risposta deve essere appiattita per vedere le forme d'onda appropriate.

Per ulteriori informazioni sulle sonde di ambito in formato video, si consiglia di:

• Dave Jones (EEVblog) su 1x Sonde
• Bob Pease e amici su Scope Probes

Anche una buona lettura sono questi

• Doug Fords Mondo segreto delle sonde
• Fondamenti della sonda Tektronix Scope
• Suggerimenti per il rilevamento dell'oscilloscopio Agilent (in particolare 2 e 8)

tl; dr

Puoi? Sicuramente con abbastanza conoscenza che puoi, ma francamente, se lo avessi, non lo chiederesti qui, vero?

Dovresti? Molto probabilmente no, a meno che l'unica domanda a cui vuoi avere una risposta sia "C'è qualcosa" nel qual caso una sonda Z0 prodotta in casa è probabilmente tra le migliori. Se si desidera una certa precisione delle forme d'onda, è necessario caratterizzare correttamente la risposta in frequenza delle sonde e appiattirla in modo che non vi sia alcuna o minima distorsione nella forma d'onda.

Se d'altra parte questo è per giocare e imparare come funzionano le sonde dell'oscilloscopio, allora questa è un'ottima idea da fare.

Se la cosa principale di cui ti preoccupi è la raggiungibilità e l'attacabilità dei punti di test con percorsi a bassa induttanza, guarda il video di Bob Pease verso le 8:00 circa.

Esistono due tipi base di sonda passiva, sonde a bassa impedenza e sonde ad alta impedenza.

Le sonde a bassa impedenza vengono utilizzate con l'ingresso dell'oscilloscopio impostato sulla modalità 50 ohm e una linea coassiale di 50 ohm sull'oscilloscopio. Quindi hai un resistore serie sulla punta per dare il tuo fattore di scala (cioè 450 ohm per una sonda x10). Il vantaggio di questa configurazione è che è semplice e funziona bene alle alte frequenze. Ha queste belle caratteristiche perché tratta il cavo come una corretta linea di trasmissione che si alimenta in un carico adeguato. Il rovescio della medaglia è a bassa frequenza che carica il dispositivo in prova più di una sonda ad alta impedenza. Inoltre alcuni oscilloscopi economici non hanno un'opzione di input da 50 ohm, è possibile utilizzare una T-peice esterna e un terminatore, ma non è altrettanto buona prestazione.

Se i tuoi segnali sono grandi, potresti prendere in considerazione l'idea di creare una sonda 100x in questo modo. Meno carico sul circuito ma ovviamente peggio snr.

Per le sonde ad alta impedenza si ha l'oscillazione sull'impedenza di ingresso di 1 megohm. Quindi il resistore in serie diventa 9 megohms per una sonda x10. Tuttavia, solo avere un resistore si tradurrà in una sonda mal condotta. Per ottenere una sonda ben educata è necessario aggiungere un condensatore sul resistore 9 volte più piccolo della capacità combinata dell'input dell'oscilloscopio e del cavo coassiale (ora stiamo trattando il cavo come un condensatore anziché trattarlo come una trasmissione linea, questo funziona bene fino a quando il nostro cavo è molto più corto della lunghezza d'onda). Spesso viene utilizzato un condensatore variabile poiché è difficile prevedere la capacità parassita. Man mano che la frequenza aumenta, rendere più sane le buone sonde ad alta impedenza, che richiedono ulteriori accorgimenti come gli speciali cavi a perdita menzionati in altre risposte.

La costruzione fisica di una sonda passiva ad alte prestazioni non è facile perché sarà necessario raggiungere una capacità parassita estremamente piccola affinché il divisore di tensione funzioni correttamente (producendo una risposta piatta) su una vasta gamma di frequenze. Anche il cavo coassiale che collega la sonda all'oscilloscopio è difficile, se gli dai una lunghezza significativa. Ciò rende molto difficile costruire una sonda passiva che non carichi fortemente il circuito.

Se questo è importante per te, ti propongo di provare una sonda attiva, per la quale sarai in grado di organizzare l'impedenza di uscita di 50 ohm per il collegamento diretto all'oscilloscopio. È possibile trovare opamp di ingresso FET a banda larga con capacità di ingresso relativamente piccola, come il THS4631 , che ha 1 GOhm || 3.9 impedenza di ingresso pF. Dovrebbe essere più pratico rendere un partitore di tensione a banda larga locale all'opamp piuttosto che costruire una sonda passiva con solo pochi pF di capacità.

Lo svantaggio è che anche questo non è abbastanza banale e potresti non voler trattare tali sonde come usa e getta poiché gli opamp costano diversi dollari ciascuno, oltre al costo dei PCB. Ecco un buon esempio di un design di Rocketmagnet , che mostra cosa potrebbe essere coinvolto. Una sonda single-ended può essere un po 'più semplice, anche se a seconda delle esigenze potrebbe essere necessario più di un opamp. Se riesci a cavartela con il minimo indispensabile di uno o due opamp e un divisore di tensione, allora potenzialmente potresti costruirlo su un pezzo di scheda rivestita di rame e lasciarlo collegato al circuito da sondare. Se questo vale lo sforzo e il costo ogni volta, dipende ovviamente da te.