Estoy interesado en hacer mis propias sondas baratas (algo desechables o permanentemente conectadas a los prototipos) para mis osciloscopios.

En circuitos complejos y PCB densos, a veces puede ser difícil conectar todas estas sondas (estándar), los puntos de prueba pueden no estar disponibles, las conexiones pueden inducir una gran impedancia de tierra que distorsiona las señales, etc.

La solución se me ocurrió para soldar un cable coaxial a un conector BNC y soldar el cable directamente a la traza "interesante" en la PCB, haciendo una conexión más robusta (sin ganchos para desconectar, muy molesto), conexión a tierra mucho más pequeña Guías. La fijación permanente de la sonda dará como resultado una placa de desarrollo / creación de prototipos perfecta, que siempre proporciona todas las señales, lista para conectarse al telescopio.

¿Cómo puedo lograr esto? Las señales pueden estar en el rango de MHz (10-30MHz por ejemplo).

Estaba pensando en un cable coaxial estándar de 50 ohmios, ¿hay algo mejor? ¿Debo terminarlo?

Para sondeo 1:10 creo que un simple divisor de voltaje es suficiente. ¿Es eso cierto?

¿Qué tal la compensación de capacitancia? ¿Cómo reducir generalmente la capacitancia de la sonda?

¿Algo más a tener en cuenta sobre las sondas? ¿O alguna otra forma de lograr los objetivos anteriores?

Esto generalmente no es una gran idea. Es mucho mejor hacer puntos de agarre para sondas de alcance regulares (asegurándose de proporcionar puntos de agarre cercanos para el clip de suelo, por supuesto).

Hay una serie de problemas, la mayoría de los cuales realmente ha considerado, es solo que una conexión coaxial directa no es la forma de lidiar con ellos.

Las señales pueden estar en el rango de MHz (10-30MHz por ejemplo).

Estaba pensando en un cable coaxial estándar de 50 ohmios, ¿hay algo mejor?

Aquí está tu primer problema. Las señales de 30 MHz sufrirán una degradación visible si alimentan longitudes de cable coaxial, a menos que el cable coaxial se termine. Sus señales se propagarán al alcance, se reflejarán, luego se reflejarán nuevamente y distorsionarán la señal del alcance, etc. Si bien vale la pena tener en cuenta que las sondas de alcance regulares usan coaxial con pérdida, esto no es algo que usará con éxito sin una buena cantidad de teoría.

¿Debo terminarlo?

Oh absolutamente Si lo hace, obtendrá excelentes señales en el alcance. Ummm Bueno, está la pequeña cuestión de conducir el cable, por supuesto. Para un cable de 50 ohmios, debe proporcionar una fuente que pueda conducir con éxito 50 ohmios. Esto descarta todos los amplificadores operacionales "normales" y todos los circuitos lógicos "normales". Implica una serie de amplificadores de alta velocidad y alta potencia en su placa que solo se usan cuando conecta su alcance a la placa, y para la mayoría de los circuitos representará un aumento considerable en la disipación de potencia, por lo que necesitará fuentes de alimentación más grandes . Pero adelante, por supuesto.

Para sondeo 1:10 creo que un simple divisor de voltaje es suficiente. ¿Es eso cierto?

Por desgracia no. Si bien es cierto que podría proporcionar algo así como un divisor 550/55 para producir una fuente nominal de 50 ohmios, cuando se conecta a una carga de 50 ohmios obtendría una división entre 20. Su circuito verá una carga de aproximadamente 600 ohmios, que es mejor que 50 ohmios, pero aún está fuera del rango con el que la mayoría de los circuitos están contentos.

¿Qué tal la compensación de capacitancia? ¿Cómo reducir generalmente la capacitancia de la sonda?

Es cierto que esto funciona para dividir por 10 sondas, pero solo con coaxial con pérdida. Es posible que sienta la tentación de probar un cable coaxial no terminado, pero esto tendrá una capacidad considerable (por ejemplo, 25 pf / ft para RG58) de carga del circuito.

La única forma "buena" de hacer lo que quiere es, como he mencionado, instalar un amplificador de controlador de 50 ohmios en cada punto que desee monitorear, luego terminar el cable en el alcance con 50 ohmios. Y eso probablemente no sea muy bueno.

Una sonda de alcance pasiva típica se parece un poco a esto (primer hit de búsqueda de imágenes de Google):

y cada parte está bien diseñada, a menudo con décadas de experiencia en mente. Ciertamente, puede hacer sus propias sondas, y depende de cuál sea su objetivo real. ¿Ves solo algo? Ciertamente posible, fácil y barato. Esté atento a las sondas Z0 por ejemplo. ¿Tienes una idea de cómo se ve la forma de onda real? Esto ahora se vuelve increíblemente mucho más difícil. El ancho de banda típico de las sondas conmutables en la posición 1X es de 5-8MHz e incluso la mejor ingeniería no puede ser mucho más alta, entonces ¿podrá con la configuración de su hogar? Improbable.

Estos son solo dos ejemplos de cosas que se hacen en sondas modernas de alto rendimiento que son bastante difíciles de replicar en casa, a menos que compre las piezas:

• el cable de la sonda no es estrictamente coaxial, su conductor interno está arrugado y tiene pérdidas con una resistencia de 100-200Ω por metro.
• El material platicy entre la punta y el anillo de tierra no solo se fabrica a medida con precisión, sino que es un material con una constante dieléctrica bien controlada para mantener baja la capacitancia.

Déjame mostrarte alguna búsqueda de imágenes de Google, haz clic aquí nuevamente:

Esta es la impedancia en ohmios frente a la frecuencia de la señal para tres capacitancias de punta de sonda diferentes. Como puede ver, incluso para los 5pf ya muy bajos, todavía tiene cientos de ohmios de impedancia en lugar de Megaohms deseados (hay sondas con <1pf en el mercado, y su precio es de muchos miles, y eso tiene una razón) . Esta respuesta tiene que ser aplanada para ver formas de onda adecuadas.

Para obtener más información sobre sondas de alcance en forma de video, recomiendo:

• Dave Jones (EEVblog) en 1x sondas
• Bob Pease y amigos sobre sondas de alcance

También una buena lectura son estos

• Doug Fords El mundo secreto de las sondas
• Fundamentos de la sonda de alcance Tektronix
• Puntas de sondeo Agilent (especialmente 2 y 8)

tl; dr

¿Puedes? Ciertamente con el conocimiento suficiente que puede, pero francamente, si tuviera eso, no estaría preguntando aquí, ¿verdad?

Deberías? Lo más probable es que no, a menos que la única pregunta que desee que responda es "¿Hay algo?", En cuyo caso una sonda Z0 de preparación casera es probablemente una de las mejores. Si desea cierta precisión de las formas de onda, debe caracterizar adecuadamente la respuesta de frecuencia de las sondas y aplanarla para que no haya distorsión mínima en su forma de onda.

Si, por otro lado, esto es para jugar y aprender sobre cómo funcionan las sondas de alcance, entonces esta es una muy buena idea.

Si lo que más le preocupa es el alcance y la accesibilidad de los puntos de prueba con rutas de baja inductancia, mire el video de Bob Pease alrededor de las 8:00 in.

Hay dos tipos básicos de sonda pasiva, sondas de baja impedancia y sondas de alta impedancia.

Las sondas de baja impedancia se usan con la entrada del osciloscopio configurada en modo de 50 ohmios y una línea coaxial de 50 ohmios al osciloscopio. Luego tiene una resistencia en serie en la punta para dar su factor de escala (es decir, 450 ohmios para una sonda x10). La ventaja de esta configuración es que es simple y funciona bien a altas frecuencias. Tiene estas características agradables porque trata el cable como una línea de transmisión adecuada que alimenta una carga coincidente. La desventaja es que a baja frecuencia carga el dispositivo bajo prueba más que una sonda de alta impedancia. Además, algunos ámbitos económicos no tienen una opción de entrada de 50 ohmios, puede usar un T-peice externo y un terminador, pero no es tan bueno en cuanto al rendimiento.

Si sus señales son grandes, puede considerar hacer una sonda 100x de esta manera. Menos carga en el circuito pero obviamente peor snr.

Para sondas de alta impedancia, tiene el alcance de 1 megaohmio de impedancia de entrada. Entonces su resistencia en serie se convierte en 9 megaohmios para una sonda x10. Sin embargo, solo tener una resistencia dará como resultado una sonda con mal comportamiento. Para obtener una sonda con buen comportamiento, debe agregar un capacitor a través de su resistencia que sea 9 veces más pequeño que la capacitancia combinada de su entrada de alcance y su cable coaxial (ahora estamos tratando el cable como un capacitor en lugar de tratarlo como una transmisión línea, esto funciona bien siempre que nuestro cable sea mucho más corto que la longitud de onda). A menudo se usa un capacitor variable, ya que es difícil predecir la capacitancia parásita. A medida que aumenta la frecuencia, las sondas de alta impedancia se vuelven más difíciles, lo que requiere trucos adicionales, como los cables especiales con pérdida mencionados en otras respuestas.

La construcción física de una sonda pasiva de alto rendimiento no es fácil porque necesitará alcanzar una capacitancia parásita extremadamente pequeña para que el divisor de voltaje funcione correctamente (produzca una respuesta plana) en un amplio rango de frecuencias. Incluso el cable coaxial que conecta la sonda al osciloscopio es difícil, si le da una longitud significativa. Esto hace que sea muy difícil construir una sonda pasiva que no cargue el circuito con fuerza.

Si esto es importante para usted, le propongo que intente una sonda activa, para la cual podrá organizar una impedancia de salida de 50 ohmios para la conexión directa al osciloscopio. Puede encontrar opamps de entrada FET de banda ancha que tienen una capacitancia de entrada relativamente pequeña, como el THS4631 , que tiene 1 GOhm || 3.9 pF impedancia de entrada. Debería ser más práctico hacer un divisor de voltaje de banda ancha local al opamp que construir una sonda pasiva con solo unos pocos pF de capacitancia.

El inconveniente es que esto tampoco es del todo trivial, y es posible que no desee tratar tales sondas como desechables, ya que las opamps cuestan varios dólares cada una, más el costo de los PCB. Aquí hay un buen ejemplo de un diseño de Rocketmagnet , que muestra lo que podría estar involucrado. Una sonda de un solo extremo puede ser un poco más simple, aunque dependiendo de sus requisitos, aún puede necesitar más de un opamp. Si puede salirse con el mínimo de uno o dos opamps y un divisor de voltaje, entonces podría construirlo en un pedazo de placa revestida de cobre y dejarlo conectado al circuito para sondear. Si vale la pena el esfuerzo y el costo cada vez, por supuesto, depende de usted.