Sonda passiva ad alta velocità: contraddizione tra autori o diversi punti di vista?

In un documento Hiscocks et al. descrive alcune basi della teoria delle sonde per oscilloscopio. Il documento è molto comprensibile e sembra coerente. Si noti in particolare che per lui il cattivo è la capacità parallela del cavo coassiale e dell'oscilloscopio che dovrebbe essere compensata aggiungendo una capacità in parallelo alla punta della sonda (quindi, la capacità della punta è aumentata).

Poi arriva d. fabbro con il suo metodo per costruire una sonda passiva da 1 GHz. Innanzitutto, non è del tutto chiaro il motivo per cui termina la sua sonda con una resistenza di 50 ohm: per evitare i riflessi, non è sufficiente che un lato della sonda (cioè il lato dell'oscilloscopio) sia terminato con una resistenza di 50 ohm? Io presumo che questo è quello di uccidere ancora di più i riflessi. Quindi, lascia che sia. Ma ciò che è strano per me è che non tiene conto della capacità del cavo, né della capacità dell'oscilloscopio. In particolare, per lui, la bestia che deve essere uccisa è la capacità di punta (quindi aumentacapacità parallela del cavo), l'esatto contrario di ciò che dice Hiscoks nel documento sopra. Se quest'uomo fosse un principiante, direi che non capisce perché la sua sonda funzioni e che in realtà aumenta la capacità della punta con la sua lamina di rame. Ma hey! quest'uomo è un guru di sonde che ha pubblicato numerosi articoli su diverse riviste.

E ora il meglio del meglio, The Art of Electronics , 12.2 p. 808: fare una sonda passiva ad alta velocità? molto semplice:

... e crearne uno tuo agganciando un resistore in serie (ci piace 950 ohm) su una lunghezza di magro coassiale da 50 ohm (ci piace RG-178); saldate temporaneamente lo scudo coassiale a una terra vicina, collegate l'altra estremità al cannocchiale (impostato per l'ingresso da 50 ohm) e voilà - una sonda 20 x ad alta velocità !.

Se la mia comprensione è corretta, il resistore da 950 ohm con l'impedenza caratteristica del cavo da 50 ohm produce un divisore del resistore 1:20 (fino ad ora OK), ma per quanto riguarda la compensazione della sonda ecc.? uh!

Qualcuno può dirmi cosa sta succedendo?

Per 100 MHz e sonde più lente, la lunghezza d'onda dei segnali in questione è abbastanza lunga che il cavo non si comporta realmente come una linea di trasmissione e la punta della sonda "vede" quasi direttamente l'impedenza di ingresso dell'oscilloscopio. Inoltre, l'impedenza della sonda e l'impedenza di ingresso dell'oscilloscopio non corrispondono all'impedenza caratteristica del cavo. In questo caso, la capacità è davvero la cosa principale che deve essere controllata e compensata. Questo è descritto in Hiscocks et al. documento.

Alle alte frequenze, il cavo si comporta come una linea di trasmissione e la punta della sonda non vede direttamente l'impedenza di ingresso dell'oscilloscopio. Invece, la punta della sonda vede l'impedenza caratteristica del cavo. Solitamente per le sonde ad alta frequenza vengono utilizzate tecniche di progettazione RF standard da 50 ohm. Tutto viene abbinato a 50 ohm - sia l'ingresso dell'oscilloscopio che la punta della sonda.

Per quanto riguarda la differenza tra d. fabbro e arte dell'elettronica, stanno sostanzialmente cercando di fare più o meno la stessa cosa. d. smith aggiunge una resistenza parallela a terra per formare un lato di un divisore di tensione per produrre una sonda ~ 40: 1. Quella resistenza da 50 ohm appare in parallelo con il cavo da 50 ohm per una resistenza equivalente di 25 ohm. Questo quindi forma un partitore di tensione con il resistore serie 976 ohm. Apparentemente la capacità della punta della sua sonda è abbastanza alta da richiedere una compensazione extra per ottenere una risposta in frequenza piatta. Si noti che questo resistore non è realmente necessario come resistore di terminazione - presumendo che l'altra estremità della linea (nell'ambito) sia correttamente terminata in 50 ohm, quindi non dovrebbero esserci riflessi sul cavo che potrebbero riflettersi al di fuori di una discrepanza di impedenza sulla testa della sonda.

L'arte della progettazione elettronica fa la stessa cosa, ma usa solo l'impedenza caratteristica del cavo come un lato del divisore di tensione. In combinazione con un resistore serie 950 ohm, produce una sonda 20: 1. Questo probabilmente funziona 'abbastanza bene' fino a frequenze ragionevolmente alte senza compensazione aggiuntiva se si utilizza la resistenza giusta, ma presumo che si potrebbe fare un po 'meglio se si aggiunge un condensatore di dimensioni adeguate a terra tra la resistenza da 950 ohm e il cavo coassiale . L'attenuazione dell'arte della progettazione elettronica è anche inferiore alla d. progettazione smith, che probabilmente rende il disadattamento di capacità meno un problema. In generale, penso che l'arte della progettazione elettronica sia davvero intesa come una tecnica rapida e sporca che funziona abbastanza bene per il debug ma potrebbe essere migliorata se è richiesta maggiore precisione.

In effetti il ​​documento Hiscocks è abbastanza chiaro, resistenza della serie 9 M nella sonda, 1 M a terra nell'ambito. Aggiungi condensatori in parallelo in modo che per le alte frequenze venga mantenuto il rapporto 10: 1. Tutto ciò ha senso.

Una buona sonda 10: 1 realizzata in questo modo può raggiungere fino a 300 MHz di larghezza di banda, credo.

Le altre soluzioni cercano di ottenere un BW (larghezza di banda) più elevato. Quindi la prima limitazione di cui dobbiamo eliminare (rispetto alla sonda standard 10: 1) è il cavo della sonda. Il cavo utilizzato per le sonde 10: 1 è il fattore limitante per il BW. Dobbiamo usare un cavo BW alto e quelli hanno quasi sempre un'impedenza caratteristica di 50 ohm, come l'RG-178. Per poter usare quel BW che la lunghezza del cavo deve essere terminata su entrambi i lati con 50 ohm. Ciò rende il cavo una linea di trasmissione .

Sia D. Smith che la Arts of Electronics utilizzano questa linea di trasmissione come base. Si noti che la resistenza di terminazione da 50 ohm di solito si trova all'interno dell'oscilloscopio (è necessario modificare un'impostazione sull'oscilloscopio), se non ha tale impostazione è necessario aggiungere da soli il 50 ohm.

Per accoppiarsi in quella linea di trasmissione da 50 ohm, utilizzare entrambe una resistenza con un condensatore opzionale. Apparentemente, Arts of Electronics è già contento del BW che ottengono. Nota come parlano principalmente di quei segnali digitali che hanno una bella forma!

Inoltre, poiché la linea di trasmissione si comporta come un'impedenza di 50 ohm senza molta capacità, non si "vedrebbe" tutta la capacità dell'RG-178 all'ingresso. Quindi, per ottenere una compensazione della frequenza adeguata, è sufficiente una capacità molto piccola sul resistore da 950 ohm.

La compensazione della sonda è necessaria quando si ha un ambito con impedenza di 1 megaohm

Quando la portata e l'impedenza del cavo corrispondono non c'è nulla da compensare. Il cavo è una linea di trasmissione e l'induttanza del cavo annulla l'effetto della sua capacità.

Il motivo per cui la maggior parte degli oscilloscopi non ha sonde da 50 ohm è che mette un carico significativo sul circuito da misurare e sarebbe necessario fare attenzione a non causare un funzionamento indesiderato semplicemente collegando la sonda. con una sonda ad alta impedenza è possibile sondare il circuito con meno disturbi.

Smith termina entrambe le estremità del suo cavo coassiale Non sono sicuro di cosa stia ottenendo, quindi deve compensare la capacità della sua terminazione, non sono sicuro che stia guadagnando qualcosa.

L'arte dell'elettronica, è stata letta da molti esperti ed è molto apprezzata