Запит на огляд: Зробіть диференціальний осцилоскопний зонд постійного струму до 50 МГц

Враховуючи вартість належних диференціальних зондів, я вирішив зробити свій власний. Вимоги такі:

• Діапазон постійного струму до 50 МГц 3db
• Кілька вибірних діапазонів вхідної напруги, від 3В pk-pk до 300 V pk-pk
• Краще, ніж 1/500 коефіцієнт відхилення загального режиму
• "Досить хороший" показник шуму
• Зрозуміло з обмеженим вибором деталей з мого місцевого магазину електроніки
• Макет можливий для двосторонньої друкованої плати, виконаної в домашніх умовах, з компонентами, припаяними вручну.

У мене мало досвіду проектування високошвидкісних аналогових схем, тому я хотів би отримувати відгуки, включаючи критику, щодо концептуальної конструкції. У мене також є кілька питань щодо конкретних аспектів впровадження:

• Чи можу я піти без опору, що відповідає обом кінцям коаксіату , враховуючи, як перенесений сигнал ледь досягає 50 МГц, а кабель довжиною менше 1 м? Я вважаю за краще лише закінчити об'ємний кінець на 50 Ом (і безпосередньо керувати коаксіальним кінцем на кінці зонда), оскільки серійний резистор 50 Ом на кінці зонда розділив би напругу, побачене областю, на 2.

• Чи є джерела струму BJT досить швидкими, щоб занурити постійну 5 мА при високій амплітуді (3 V pk-pk на воротах JFET) 50 МГц?

• Чи є додавання індуктора між джерелом кожного JFET та колектором відповідного BJT розумним способом забезпечення постійного струму зливу JFET на більш високих частотах, або така схема неминуче коливається?

• Наскільки розумна моя плата на друкованій платі , чи є чіткі недоліки? Що б ти зробив інакше?

Для підтримки різних діапазонів напруги моя попередня конструкція покладається на зовнішні пасивні аттенюатори, які підключаються до 3-контактного роз'єму заголовка (J1). Атенюатори матимуть тримерні резистори та конденсатори для відповідності інвертуючих та неінвертуючих входів у всьому діапазоні частот. Нижче показано аттенюатор 1:10 (приблизно +/- 30 В).

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Фронтальний підсилювач реалізований з послідовниками джерела JFET для того, щоб забезпечити високий опір стадії атенюатора. Ця топологія була обрана для того, щоб обійти відносно високий вхідний струм зміщення (найгірший випадок 2 мкА) наявного підсилювача. Джерела струму біполярного транзистора забезпечують відносно стабільний струм зливу для JFET протягом усього діапазону вхідної напруги.

Динамічний підсилювач на основі підсилювача також відповідає за керування 1 м коаксіатором RG-174 50 Ом. У той час як підсилювач рекламується як можливість керувати коаксіально безпосередньо, є сліди для резисторів припинення.

Потужність подається 9 В акумулятором, а друга половина підсилювача працює як віртуальне наземне джерело. Червоний світлодіод виконує подвійну функцію, показуючи, що зонд увімкнено, і забезпечує напругу зміщення ~ 1,8 В для джерел струму.

Компоненти:

• Діоди із захистом на вході з низьким рівнем витоку (<5nA), 2pF: BAV199
• JFET : SST310
• BJT: BC847b
• 70 МГц ГВт, 1 кВ / мкс подвійний підсилювач: LT1364
• 4-х точні резистори (0,1%, 2,2 кОм) для секції розсилювача.

Після фактично побудови речі

Нарешті я можу відповісти на власне запитання заднім числом. Я побудував схему, як показано в питанні, з ослабленням 1:10.

• Чи можу я піти без імпедансу, що відповідає обом кінцям коаксу ...

  Так, але цілісність сигналу від цього страждає. Блакитний слід - це квадратна хвиля часу підйому та падіння ~ 6 нс (породжена осцилятором на релаксації на основі 74HC14 ), виміряна стандартним пасивним зондом 1:10. На перших чотирьох знімках екрану жовтий слід - це вихід диференціального зонда DIY, помножений на 10 на область, як це пов'язано на схемі. Останній скріншот - це роз'єм SMA, який досліджується ще одним пасивним зондом 1:10. Область застосування - 50 МГц Rigol DS1052E, з входами 1 МОм 15pF.

  

  Як видно, закінчення обох кінців призводить до отримання чистого сигналу без пропускання, але лише з приблизно 13 МГц смуги пропускання. Найшвидший час підйому досягається за рахунок уникнення завантаження операційного підсилювача, що свідчить про те, що низький опір навантаження сповільнює операційний підсилювач дуже сильно.

• Чи джерела струму BJT досить швидкі, щоб потонути постійні 5 мА ...

  Так. Буфери JFET та їх джерела зміщення струму працюють бездоганно, коли мова йде про частотну характеристику. Ширина смуги пропускається через вибір Opamp.

• Чи є додавання індуктора між джерелом кожного JFET та колектором відповідного BJT розумним способом забезпечення постійного зливного струму JFET ...

  Це було не потрібно, тому я не намагався. Не маю уявлення.

• Яка розумна моя компонування друкованої плати ...

  У мене не було проблем, пов’язаних із самою компонуванням, але я абсолютно мав би сконструювати дошку з кріпленням до екранованого корпусу. Зниження тепла абсолютно не обійдеться, дуже висока схема імпедансу дуже чутлива до будь-яких перешкод. Навіть рухаючи мою руку під столом, зонд сидить і впливає на вимірювання за допомогою ємнісної зв'язку.

Непередбачений недолік моєї конструкції - неможливість виправити вихідну зміщення напруги. Виявляється, JFET - це унікальні сніжинки: Порогова напруга може змінюватись на кілька сотень мілівольт, навіть у транзисторах однієї партії. Коли я вперше побудував щуп, він виводив +600 мВ, коли зонди були коротшими. Я відкрутив JFET, випробував усе, що знаходилось в коробці моїх частин, і спаяв два, які найкраще відповідали один одному на платі. Зараз компенсація менша, але все ж значна + 30мВ. Майбутні ревізії повинні мати механізм компенсації цього зміщення напруги за допомогою тримерного горщика.

Ще одна проблема - діапазон вхідної напруги. Негативні напруги обробляються лінійно до -30 В і нижче, але позитивні напруги вище +6 В (ослаблені до +0,6 В) поступово викликають все більше спотворення. Це спричинено насиченням послідовників джерела JFET, коли вони потрапляють на позитивну рейку, посилену пороговою напругою затвора-зливу -2,1 В, а це означає, що вхід 0 В вже викликає вихід 2,1 В.
Правильне виправлення - це зміщення аттенюаторів до -2,1 В замість землі.

Ви тут зробили багато хорошої роботи.

Але обрані вами частини не можуть відповідати вашим характеристикам.

У вас є якісь технічні характеристики?
Крок% перекриття (на кабелі, що закінчується 50R), помилка посилення 0 ~ 50 МГц, зміщення постійного струму, Pwr, перемикач включення / вимкнення? Рівень захисту ОУР? Шпильки для зберігання?

Як ви думаєте, діоди BAS будуть досить швидкими, щоб захистити FET від ESD при прямому підключенні? Я пам’ятаю, у 80-х роках багато молодих EE видували передні кінці FET на Tek FET-буферні розбірні зонди, які видували з 25В. Я додав би серію R для обмеження струму на вхід і заміни BAV99 на ДІО діодів TI. 0,5pF TPD1E04U04. Діоди повинні діяти швидше, ніж БНТ, щоб захистити їх, і ОУР може бути 10 ампер протягом пікосекунд.

Я, можливо, вважав би комплект з оцінки для макета AD8001 .

16 Є в наявності БЕЗКОШТОВНА доставка наступного робочого дня £ 8,04 від RS Electronics

Технічні характеристики: вхідна ємність 1,5 пФ 800 МГц ГБВ, PSRR> 50 дБ

Виберіть коефіцієнт підсилення x1 x10 з вибором посилення на борту.
Заздалегідь використовуйте кабель 50 Ом і 50 Ом термінатор для повної пропускної здатності від 800 до 80 МГц.

Використовуйте механічну конструкцію зонда Tektronics Diff Fet Probe для шпильок. Хоча новіші моделі Tek починаються від $ 6 тис., Вони працюють до діапазонів x ГГц. Але для ручних і одноразових паяльних приводів враховуйте їх зонди.

Оскільки це струм зворотного зв'язку, то вхідний опір нетрадиційний
+ Вхід 10 МОм -
Вхід 50 Ом