Estou interessado em fazer minhas próprias sondas baratas (um pouco descartáveis ​​ou permanentemente conectadas a protótipos) para meus osciloscópios.

Em circuitos complexos e PCBs densos às vezes pode ser difícil conectar todas essas sondas (padrão), os pontos de teste podem não estar disponíveis, as conexões podem induzir uma grande impedância de aterramento distorcendo os sinais, etc.

A solução que eu criei para soldar algum cabo coaxial em um conector BNC e soldar o cabo diretamente no traço "interessante" na placa de circuito impresso, criando uma conexão mais robusta (sem ganchos para desconectar, muito chato), aterramento muito menor conduz. A conexão permanente da sonda resultará em uma placa de prototipagem / desenvolvimento perfeita, sempre fornecendo todos os sinais, prontos para serem conectados ao osciloscópio.

Como posso conseguir isso? Os sinais podem estar na faixa de MHz (10 a 30 MHz, por exemplo).

Eu estava pensando em cabo coaxial padrão de 50 ohms, há algo melhor? Devo encerrá-lo?

Para sondagem 1:10, basta um divisor de tensão. Isso é verdade?

E quanto à compensação de capacitância? Como geralmente reduzir a capacitância da sonda?

Mais alguma coisa a ter em mente, sobre as sondas? Ou alguma outra maneira de atingir os objetivos acima?

Isso geralmente não é uma ótima idéia. É muito melhor criar pontos de captura para sondas de escopo regulares (é claro, certifique-se de fornecer pontos de captura próximos para o clipe de terra).

Existem vários problemas, a maioria dos quais você realmente considerou - é apenas que uma conexão coaxial direta não é a maneira de lidar com eles.

Os sinais podem estar na faixa de MHz (10 a 30 MHz, por exemplo).

Eu estava pensando em cabo coaxial padrão de 50 ohms, há algo melhor?

Aqui está o seu primeiro problema. Os sinais de 30 MHz sofrerão degradação visível se eles alimentarem comprimentos de cabo coaxial, a menos que o cabo coaxial seja terminado. Seus sinais serão propagados para o osciloscópio, refletidos, refletidos novamente e distorcerão o sinal do osciloscópio, etc. Embora seja importante lembrar que as sondas regulares do osciloscópio usam coaxial com perda, isso não é algo que você utilizará com êxito sem uma boa quantidade de teoria.

Devo encerrá-lo?

Ah, absolutamente. Se fizer isso, você receberá excelentes sinais no escopo. Ummm. Bem, existe a pequena questão de dirigir o cabo, é claro. Para cabos de 50 ohm, você precisa fornecer uma fonte que possa conduzir com êxito 50 ohms. Isso exclui todos os amplificadores operacionais "normais" e todos os circuitos lógicos "normais". Isso implica uma série de amplificadores de alta velocidade e alta potência na sua placa, que são usados ​​apenas quando você conecta seu osciloscópio à placa e, na maioria dos circuitos, representa um aumento considerável na dissipação de energia - portanto, você precisará de fontes de alimentação maiores . Mas vá em frente, por todos os meios.

Para sondagem 1:10, basta um divisor de tensão. Isso é verdade?

Infelizmente, não. Embora seja verdade que você poderia fornecer algo como um divisor de 550/55 para produzir uma fonte nominal de 50 ohm, quando conectado a uma carga de 50 ohm, você obteria uma divisão por 20. Seu circuito verá uma carga de 600 ohms, o que é melhor que 50 ohms, mas ainda está fora da faixa com a qual a maioria dos circuitos gosta.

E quanto à compensação de capacitância? Como geralmente reduzir a capacitância da sonda?

É verdade que isso funciona para dividir por 10 sondas, mas apenas com cabos coaxiais com perdas. Você pode ficar tentado a tentar um cabo coaxial não terminado, mas isso terá uma capacidade considerável (normalmente 25 pf / ft para RG58, por exemplo) de carregamento do circuito.

A única maneira "boa" de fazer o que você quer é, como já mencionei, instalar um amplificador de driver de 50 ohms em todos os pontos que você deseja monitorar e, em seguida, finalizar o cabo no escopo com 50 ohms. E isso provavelmente não é muito bom.

Um probe de escopo passivo típico se parece um pouco com isso (primeiro hit de pesquisa de imagens do Google):

e cada parte é bem projetada, geralmente com décadas de experiência em mente. Certamente você pode fazer suas próprias análises, e isso depende de qual é seu objetivo real. Veja apenas alguma coisa? Certamente possível, fácil e barato. Procure sondas Z0, por exemplo. Tem uma idéia de como a forma de onda real se parece? Isso agora fica incrivelmente muito mais difícil. A largura de banda típica das sondas comutáveis ​​na posição 1X é de 5-8MHz e mesmo a melhor engenharia não pode obter isso muito mais alto, então você será capaz de fazer a configuração da sua casa? Improvável.

Aqui estão apenas dois exemplos de coisas feitas em sondas modernas de alto desempenho que são muito difíceis de replicar em casa, a menos que você compre as peças:

• o cabo da sonda não é estritamente coaxial, seu condutor interno está enrugado e apresenta perdas com uma resistência de 100-200Ω por metro.
• O material platinado entre a ponta e o anel de aterramento não é fabricado apenas com precisão, mas é um material com uma constante dielétrica bem controlada para manter a capacitância baixa.

Deixe-me mostrar-lhe algumas pesquisas de imagens do Google, clique aqui novamente:

Esta é a impedância em Ohm versus a frequência do sinal para três capacitâncias diferentes da ponta da sonda. Como você pode ver, mesmo para os 5pf já muito baixos, você ainda tem centenas de Ohms de impedância em vez dos Megaohms desejados (existem sondas com <1pf no mercado, e o preço delas é de muitos milhares, e isso tem uma razão) . Essa resposta deve ser achatada para que as formas de onda sejam adequadas.

Para obter mais informações sobre análises de escopo no formato de vídeo, recomendo:

• Dave Jones (EEVblog) em 1x probes
• Bob Pease e amigos sobre Scope Probes

Também uma boa leitura são essas

• Mundo secreto das sondas de Doug Fords
• Fundamentos do Tektronix Scope Probe
• Dicas de análise de escopo da Agilent (especialmente 2 e 8)

tl; dr

Você pode? Certamente, com conhecimento suficiente, você pode, mas, francamente, se você o tivesse, não perguntaria aqui, perguntaria?

Você deveria? Provavelmente não, a menos que a única pergunta que você queira responder seja "Existe algo"? Nesse caso, uma sonda Z0 de fermentação doméstica provavelmente está entre as melhores. Se você quiser alguma precisão das formas de onda, precisará caracterizar adequadamente a resposta de frequência das sondas e aplaná-la para que não haja distorção mínima ou mínima na sua forma de onda.

Se, por outro lado, é para brincar e aprender sobre como as sondas de escopo funcionam, é uma boa idéia.

Se você mais se preocupa com a acessibilidade e a acessibilidade dos pontos de teste com caminhos de baixa indutância, assista ao vídeo de Bob Pease por volta das 20h.

Existem dois tipos básicos de sonda passiva, sondas de baixa impedância e sondas de alta impedância.

As sondas de baixa impedância são usadas com a entrada do osciloscópio configurada para o modo 50 ohm e uma linha coaxial de 50 ohm para o osciloscópio. Você tem um resistor em série na ponta para fornecer seu fator de escala (ou seja, 450 ohms para uma sonda x10). A vantagem dessa configuração é simples e funciona bem em altas frequências. Possui essas características agradáveis ​​porque trata o cabo como uma linha de transmissão adequada, alimentando uma carga correspondente. A desvantagem é que a baixa frequência carrega o dispositivo sob teste mais do que uma sonda de alta impedância. Além disso, alguns escopos baratos não têm uma opção de entrada de 50 ohm, você pode usar um T-peice e um terminador externos, mas não é tão bom quanto o desempenho.

Se seus sinais forem grandes, considere fazer uma sonda 100x dessa maneira. Menos carga no circuito, mas obviamente pior snr.

Para sondas de alta impedância, você tem o escopo de 1 megohm de impedância de entrada. Portanto, o resistor em série se torna 9 megohms para uma sonda x10. No entanto, apenas ter um resistor resultará em uma sonda mal comportada. Para obter uma sonda bem-comportada, você precisa adicionar um capacitor no resistor 9 vezes menor que a capacitância combinada da entrada do osciloscópio e do cabo coaxial (agora estamos tratando o cabo como um capacitor, em vez de tratá-lo como uma transmissão linha, isso funciona bem desde que nosso cabo seja muito menor que o comprimento de onda). Freqüentemente, um capacitor variável é usado, pois é difícil prever a capacitância dispersa. À medida que a frequência aumenta, torna-se mais difícil fazer boas sondas de alta impedância, exigindo truques extras, como os cabos com perdas especiais mencionados em outras respostas.

A construção física de uma sonda passiva de alto desempenho não é fácil porque você precisará obter uma capacitância parasita extremamente pequena para que o divisor de tensão funcione corretamente (produza uma resposta plana) em uma ampla faixa de frequências. Mesmo o cabo coaxial que conecta a sonda ao osciloscópio é difícil, se você tiver um comprimento significativo. Isso torna muito desafiador construir uma sonda passiva que não carrega o circuito fortemente.

Se isso lhe interessa, proponho que você tente uma sonda ativa, para a qual poderá organizar uma impedância de saída de 50 ohm para conexão direta ao osciloscópio. Você pode encontrar opamps de entrada FET de banda larga com capacidade de entrada relativamente pequena, como o THS4631 , que possui 1 GOhm || Impedância de entrada de 3,9 pF. Deve ser mais prático tornar um divisor de tensão de banda larga local no opamp do que construir uma sonda passiva com apenas alguns pF de capacitância.

A desvantagem é que isso também não é trivial e talvez você não queira tratar essas sondas tão descartáveis ​​quanto os opamps custam vários dólares cada, mais o custo dos PCBs. Aqui está um bom exemplo de um projeto da Rocketmagnet , que mostra o que poderia estar envolvido. Uma sonda de extremidade única pode ser um pouco mais simples, embora, dependendo dos seus requisitos, você ainda precise de mais de um opamp. Se você conseguir escapar com o mínimo de um ou dois opamps e um divisor de tensão, potencialmente poderá construí-lo em um pedaço de placa de cobre e deixá-lo conectado ao circuito a ser sondado. Se vale a pena o esforço e o custo de cada vez, é claro, depende de você.