Sonda pasiva de alta velocidad: ¿contradicción entre autores o diferentes puntos de vista?

En un documento Hiscocks et al. describe algunos conceptos básicos de la teoría de la sonda de osciloscopio. El documento es muy comprensible y parece coherente. Observe en particular que para él, el malo es la capacitancia paralela del cable coaxial y del osciloscopio que debe compensarse agregando una capacitancia en paralelo a la punta de la sonda (por lo tanto, la capacitancia de la punta aumenta).

Luego viene d. Smith con su método para construir una sonda pasiva de 1 GHz. Primero, no está del todo claro por qué termina su sonda con una resistencia de 50 ohmios: para evitar reflejos, ¿no es suficiente que un lado de la sonda (que es el lado del osciloscopio) termine con una resistencia de 50 ohmios? Yo supongo que este es matar aún más las reflexiones. Pues dejalo ser. Pero lo que es extraño para mí es que no tiene en cuenta la capacidad del cable, ni la capacidad del osciloscopio. En particular, para él, la bestia que debe ser asesinada es la capacidad de la punta (por lo que aumentala capacitancia paralela del cable), el inverso exacto de lo que dice Hiscoks en el documento anterior. Si este hombre fuera un novato, diría que no entiende por qué funciona su sonda, y que en realidad aumenta la capacitancia de la punta con su lámina de cobre. ¡Pero hey! Este hombre es un gurú de las sondas que publicó varios artículos en diferentes revistas.

Y ahora lo mejor de lo mejor, The Art of Electronics , 12.2 p. 808: para hacer una sonda pasiva de alta velocidad? muy simple:

... y haga la suya enganchando una resistencia en serie (nos gusta 950 ohmios) en una longitud de coaxial delgada de 50 ohmios (nos gusta RG-178); solda temporalmente el blindaje coaxial a una tierra cercana, conecta el otro extremo al osciloscopio (configurado para una entrada de 50 ohmios) y listo, ¡una sonda 20 x de alta velocidad!

Si entiendo bien, la resistencia de 950 ohmios con la impedancia característica de 50 ohmios del cable hace un divisor de resistencia de 1:20 (hasta ahora está bien), pero ¿qué pasa con la compensación de la sonda, etc.? eh!

¿Puede alguien decirme qué está pasando?

Para sondas de 100 MHz y más lentas, la longitud de onda de las señales en cuestión es lo suficientemente larga como para que el cable realmente no actúe como una línea de transmisión y la punta de la sonda prácticamente 've' directamente la impedancia de entrada del osciloscopio. Además, la impedancia de la sonda y la impedancia de entrada del alcance no coinciden con la impedancia característica del cable. En este caso, la capacitancia es realmente lo principal que debe controlarse y compensarse. Esto se describe en Hiscocks et al. documento.

A altas frecuencias, el cable actúa como una línea de transmisión y la punta de la sonda no ve directamente la impedancia de entrada del osciloscopio. En cambio, la punta de la sonda ve la impedancia característica del cable. Por lo general, para sondas de alta frecuencia, se utilizan técnicas estándar de diseño de RF de 50 ohmios. Todo se ajusta a 50 ohmios, tanto la entrada del alcance como la punta de la sonda.

En cuanto a la diferencia entre d. Smith y el arte de la electrónica, básicamente están tratando de hacer más o menos lo mismo. re. Smith agrega una resistencia paralela a tierra para formar un lado de un divisor de voltaje para producir una sonda ~ 40: 1. Esa resistencia de 50 ohmios aparece en paralelo con el cable de 50 ohmios para una resistencia equivalente de 25 ohmios. Esto forma un divisor de voltaje con la resistencia en serie de 976 ohmios. Aparentemente, la capacidad de la punta de su sonda es lo suficientemente alta como para que se requiera una compensación adicional para obtener una respuesta de frecuencia plana. Tenga en cuenta que esta resistencia no es realmente necesaria como una resistencia de terminación: suponiendo que el otro extremo de la línea (en el alcance) esté correctamente terminado en 50 ohmios, entonces no debería haber reflejos en el cable que pudieran reflejarse un desajuste de impedancia en el cabezal de la sonda.

El arte del diseño electrónico hace lo mismo, pero solo usa la impedancia característica del cable como un lado del divisor de voltaje. En combinación con una resistencia en serie de 950 ohmios, esto produce una sonda de 20: 1. Esto probablemente funcione 'suficientemente bien' hasta frecuencias razonablemente altas sin compensación adicional si se usa la resistencia correcta, pero supongo que podría mejorar un poco si agrega un condensador del tamaño adecuado a tierra entre la resistencia de 950 ohmios y el cable coaxial . La atenuación del arte del diseño electrónico también es menor que la d. Diseño Smith, lo que probablemente hace que la falta de coincidencia en la capacidad sea un problema menor. En general, creo que el arte del diseño electrónico realmente pretende ser una técnica rápida y sucia que funcione lo suficientemente bien para la depuración, pero podría mejorarse si se requiere más precisión.

De hecho, el documento de Hiscocks es bastante claro, resistencia de la serie 9 M en la sonda, 1 M a tierra en alcance. Agregue condensadores en paralelo para que para las frecuencias altas se mantenga la relación 10: 1. Todo eso tiene sentido.

Creo que una buena sonda 10: 1 hecha así puede alcanzar hasta 300 MHz de ancho de banda.

Las otras soluciones intentan lograr un mayor BW (ancho de banda). Entonces, la primera limitación de la que debemos deshacernos (en comparación con la sonda estándar 10: 1) es el cable de la sonda. El cable utilizado para las sondas 10: 1 es el factor limitante para el BW. Necesitamos usar un cable de alto BW y esos tienen casi siempre una impedancia característica de 50 ohmios, como el RG-178. Para poder usar ese BW, esa longitud de cable debe terminarse en ambos lados con 50 ohmios. Eso hace que el cable sea una línea de transmisión .

Tanto D. Smith como Arts of Electronics utilizan esta línea de transmisión como base. Tenga en cuenta que la resistencia de terminación de 50 ohmios generalmente se encuentra dentro del osciloscopio (debe cambiar una configuración en el osciloscopio), si no tiene esa configuración, debe agregar los 50 ohmios usted mismo de alguna manera.

Para acoplar esa línea de transmisión de 50 ohmios, ambos usan una resistencia con un condensador opcional. Las Artes de la Electrónica aparentemente ya están contentas con el BW que obtienen. ¡Observe cómo hablan principalmente de esas señales digitales que tienen una buena forma!

Además, dado que la línea de transmisión se comporta como una impedancia de 50 ohmios sin mucha capacidad, no "vería" toda la capacidad del RG-178 en la entrada. Por lo tanto, solo necesitaría una capacitancia muy pequeña a través de la resistencia de 950 ohmios para obtener la compensación de frecuencia adecuada.

La compensación de la sonda es necesaria cuando tiene un alcance con una impedancia de 1 megaohmio

Cuando el alcance y la impedancia del cable coinciden, no hay nada que compensar. El cable es una línea de transmisión y la inductancia del cable cancela el efecto de su capacitancia.

La razón por la cual la mayoría de los ámbitos no tienen problemas de 50 ohmios es que pone una carga significativa en el circuito que se está midiendo, y se necesitaría cuidado para no causar una operación no deseada simplemente conectando la sonda. Con una sonda de alta impedancia puede sondear el circuito con menos perturbación.

Smith termina ambos extremos de su cable coaxial No estoy seguro de lo que está obteniendo de eso, y luego necesita compensar la capacitancia de su terminación, no estoy seguro de que esté ganando algo.

El arte de la electrónica ha sido revisado por muchos expertos y está bien considerado