ฉันสนใจที่จะทำโพรบโพรบแบบออสซิลโลสโคปของฉันเอง

ในวงจรที่ซับซ้อนและ PCBs ที่หนาแน่นบางครั้งมันอาจเป็นเรื่องยากที่จะติดตั้งโพรบเหล่านี้ (มาตรฐาน) จุดทดสอบอาจไม่พร้อมใช้งานการเชื่อมต่ออาจทำให้เกิดความต้านทานที่ดีของพื้นดินบิดเบือนสัญญาณ ฯลฯ ...

วิธีแก้ปัญหาที่ฉันใช้เพื่อประสานสายเคเบิลโคแอกเชียลเข้ากับขั้วต่อ BNC และประสานสายเคเบิลโดยตรงกับการติดตาม "น่าสนใจ" บน PCB ทำให้การเชื่อมต่อมีประสิทธิภาพมากขึ้น (ไม่มีตะขอสำหรับถอดแยกออกน่ารำคาญมาก) โอกาสในการขาย การแนบโพรบอย่างถาวรจะส่งผลให้บอร์ดต้นแบบ / การพัฒนาสมบูรณ์แบบให้สัญญาณทั้งหมดอยู่เสมอพร้อมที่จะเชื่อมต่อกับขอบเขต

ฉันจะทำสิ่งนี้ได้อย่างไร สัญญาณอาจอยู่ในช่วง MHz (เช่น 10-30MHz)

ฉันคิดว่าสายโคแอกเซียลมาตรฐาน 50 โอห์มมีอะไรที่ดีกว่านี้อีกไหม ฉันควรจะยกเลิกหรือไม่

สำหรับการทดลองที่ 1:10 ฉันมีตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่ง่ายพออยู่แล้ว มันเป็นเรื่องจริงเหรอ?

วิธีการเกี่ยวกับการชดเชยความจุ? โดยทั่วไปจะลดความจุของโพรบได้อย่างไร?

มีอะไรอีกที่ต้องคำนึงถึงเกี่ยวกับพร็อบ? หรือวิธีอื่นใดเพื่อให้บรรลุเป้าหมายข้างต้น

นี่ไม่ใช่ความคิดที่ดี คุณทำได้ดีกว่ามากในการสร้างจุดคว้าสำหรับโพรบขอบเขตปกติ (ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ให้จุดคว้าใกล้เคียงสำหรับคลิปกราวด์แน่นอน)

มีปัญหาจำนวนมากซึ่งส่วนใหญ่คุณได้พิจารณาแล้ว - การเชื่อมต่อโดยตรงโดยตรงไม่ใช่วิธีที่จะจัดการกับปัญหาได้

สัญญาณอาจอยู่ในช่วง MHz (เช่น 10-30MHz)

ฉันคิดว่าสายโคแอกเซียลมาตรฐาน 50 โอห์มมีอะไรที่ดีกว่านี้อีกไหม

นี่คือปัญหาแรกของคุณ สัญญาณ 30 เมกะเฮิรตซ์จะประสบกับความเสื่อมโทรมที่มองเห็นหากป้อนความยาวของ coax เว้นแต่ว่า coax จะถูกยกเลิก สัญญาณของคุณจะแพร่กระจายไปยังขอบเขตสะท้อนจากนั้นสะท้อนอีกครั้งและบิดเบือนสัญญาณขอบเขต ฯลฯ ในขณะที่ควรระลึกไว้เสมอว่าโพรบขอบเขตปกติใช้เล้าโลมเล่ห์เหลี่ยมนี่ไม่ใช่สิ่งที่คุณจะใช้อย่างประสบความสำเร็จ ทฤษฎี.

ฉันควรจะยกเลิกหรือไม่

โอ้แน่นอน ถ้าคุณทำคุณจะได้รับสัญญาณที่ดีเยี่ยมตามขอบเขต อืมมม แน่นอนว่ามีเรื่องเล็ก ๆ ในการขับเคลื่อนสายเคเบิลอยู่ สำหรับสายเคเบิล 50 โอห์มคุณต้องจัดหาแหล่งจ่ายซึ่งสามารถขับ 50 โอห์มได้สำเร็จ กฎนี้ออกแอมป์ "ปกติ" ทั้งหมดและวงจรตรรกะ "ปกติ" ทั้งหมด มันแสดงถึงชุดของแอมป์ความเร็วสูงและกำลังสูงบนบอร์ดของคุณซึ่งใช้เฉพาะเมื่อคุณเชื่อมต่อขอบเขตของบอร์ดเข้ากับบอร์ดและสำหรับวงจรส่วนใหญ่จะแสดงถึงการกระจายพลังงานที่เพิ่มขึ้นอย่างมากดังนั้นคุณต้องใช้แหล่งจ่ายไฟที่ใหญ่กว่า . แต่ไปข้างหน้าโดยทั้งหมด

สำหรับการทดลองที่ 1:10 ฉันมีตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่ง่ายพออยู่แล้ว มันเป็นเรื่องจริงเหรอ?

อนิจจาไม่ ในขณะที่มันเป็นความจริงที่คุณสามารถให้บางสิ่งบางอย่างเช่น 550/55 ตัวแบ่งเพื่อสร้างแหล่ง 50 โอห์มเล็กน้อยเมื่อเชื่อมต่อกับโหลด 50 โอห์มคุณจะได้หารด้วย 20 โดยวงจรของคุณจะเห็นโหลด 600 โอห์มซึ่งเป็น ดีกว่า 50 โอห์ม แต่ก็ยังอยู่นอกขอบเขตที่วงจรส่วนใหญ่มีความสุข

วิธีการเกี่ยวกับการชดเชยความจุ? โดยทั่วไปจะลดความจุของโพรบได้อย่างไร?

มันเป็นความจริงที่ใช้งานได้กับการหารด้วย 10 โพรบ แต่ใช้เฉพาะกับเล่ห์เหลี่ยมที่เสีย คุณอาจถูกล่อลวงให้ลองใช้ coax ที่ไม่ถูกทำลาย แต่สิ่งนี้จะมีความจุมาก (โดยทั่วไปคือ 25 pf / ft สำหรับ RG58 เป็นต้น) การโหลดของวงจร

วิธีเดียวที่ "ดี" ที่จะทำในสิ่งที่คุณต้องการคือดังที่ฉันได้กล่าวไว้ให้ติดตั้งแอมป์ไดรเวอร์ 50 โอห์มในทุกจุดที่คุณต้องการตรวจสอบจากนั้นยกเลิกสายเคเบิลที่ขอบเขตด้วย 50 โอห์ม และนั่นอาจจะไม่ดีมาก

โพรบขอบเขตแบบพาสซีฟทั่วไปมีลักษณะเช่นนี้ (การค้นหารูปภาพของ Google เป็นครั้งแรก):

และทุกส่วนในนั้นได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมที่ดีมักจะมีประสบการณ์หลายทศวรรษในใจ แน่นอนว่าคุณสามารถทำโพรบของคุณเองและมันก็ขึ้นอยู่กับเป้าหมายที่แท้จริงของคุณ เห็นอะไรสักอย่าง? เป็นไปได้อย่างแน่นอนง่ายและราคาถูก ระวังโพรบ Z0 เช่น มีความคิดว่ารูปคลื่นที่แท้จริงเป็นอย่างไร ตอนนี้มันยากขึ้นอย่างไม่น่าเชื่อมาก แบนด์วิดท์ทั่วไปของโพรบที่สามารถสับเปลี่ยนได้ในตำแหน่ง 1X คือ 5-8MHz และแม้แต่วิศวกรรมที่ดีที่สุดก็ไม่สามารถสูงขึ้นได้เช่นนี้ดังนั้นคุณจะสามารถตั้งค่าที่บ้านได้หรือไม่? ไม่แน่

นี่เป็นเพียงสองตัวอย่างของสิ่งที่ทำในโพรบประสิทธิภาพสูงที่ทันสมัยซึ่งค่อนข้างยากที่จะทำซ้ำที่บ้านเว้นแต่คุณจะซื้อชิ้นส่วน:

• สายโพรบนั้นไม่ได้รับการเล้าโลมอย่างเข้มงวดตัวนำภายในของมันมีรอยย่นและสูญเสียความต้านทาน100-200Ωต่อเมตร
• วัสดุ platicy ระหว่างส่วนปลายและวงแหวนภาคพื้นไม่เพียง แต่ผลิตขึ้นตามขนาดอย่างแม่นยำเท่านั้น แต่ยังเป็นวัสดุที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกที่ควบคุมอย่างดีเพื่อลดความจุ

ให้ฉันแสดงการค้นหารูปภาพ google จำนวนเยี่ยมชมที่นี่อีกครั้ง:

นี่คืออิมพิแดนซ์ในโอห์มเทียบกับความถี่ของสัญญาณสำหรับความจุของปลายโพรบสามแบบที่แตกต่างกัน อย่างที่คุณเห็นแม้กระทั่ง 5pf ที่ต่ำมากแล้วคุณยังคงมีอิมพีแดนซ์หลายร้อยโอห์มแทนที่จะเป็นเมกะโอห์มที่ต้องการ (มีโพรบที่มี <1pf ในตลาดและราคาของมันอยู่ที่หลายพันและนั่นก็มีเหตุผล) . การตอบสนองนี้จะต้องแบนออกเพื่อดูรูปคลื่นที่เหมาะสม

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับโพรบขอบเขตในรูปแบบวิดีโอฉันแนะนำ:

• Dave Jones (EEVblog) บน 1x Probes
• Bob Pease และเพื่อน ๆ เกี่ยวกับ Scope Probes

นอกจากนี้การอ่านที่ดีคือสิ่งเหล่านี้

• Doug Fords โลกแห่งความลับของยานสำรวจ
• Tektronix Scope Probe ความรู้เบื้องต้น
• เคล็ดลับการตรวจขอบเขต Agilent (โดยเฉพาะอย่างยิ่ง 2 และ 8)

TL; DR

คุณสามารถ? แน่นอนว่ามีความรู้เพียงพอที่คุณสามารถทำได้ แต่ค่อนข้างตรงไปตรงมาถ้าคุณมีสิ่งนั้นคุณจะไม่ถามที่นี่ใช่ไหม?

คุณควร ส่วนใหญ่จะไม่เว้นแต่คำถามเดียวที่คุณต้องการที่จะตอบคือ "มีบางอย่าง" ซึ่งในกรณีนี้การสอบสวน Z0 บ้านอาจเป็นหนึ่งในที่ดีที่สุด หากคุณต้องการความแม่นยำของรูปคลื่นคุณต้องกำหนดลักษณะการตอบสนองความถี่ของโพรบอย่างถูกต้องแล้วแผ่ออกเพื่อให้ไม่มีความผิดเพี้ยนของคลื่นในรูปแบบของคุณ

หากในทางตรงกันข้ามนี่เป็นการเล่นและเรียนรู้เกี่ยวกับการทำงานของโพรบขอบเขตนี่เป็นความคิดที่ดีมากที่จะทำ

หากสิ่งที่คุณกังวลมากที่สุดคือความสามารถในการเข้าถึงและการแนบจุดทดสอบที่มีเส้นทางการเหนี่ยวนำต่ำให้ดูวิดีโอ Bob Pease เวลาประมาณ 8:00 น.

โพรบแฝงมีสองประเภทพื้นฐานคือโพรบอิมพีแดนซ์ต่ำและโพรบอิมพิแดนซ์สูง

หัววัดความต้านทานต่ำจะใช้กับอินพุตของขอบเขตที่ตั้งค่าไว้ที่โหมด 50 โอห์มและสายโคแอกเซียล 50 โอห์มที่ขอบเขต จากนั้นคุณมีตัวต้านทานแบบอนุกรมที่ส่วนปลายเพื่อให้ตัวประกอบสเกลของคุณ (เช่น 450 โอห์มสำหรับโพรบ x10) ข้อดีของการตั้งค่านี้คือใช้งานง่ายและทำงานได้ดีในความถี่สูง มันมีคุณสมบัติที่ดีเหล่านี้เพราะถือว่าสายเคเบิลเป็นสายส่งที่เหมาะสมในการรับน้ำหนักที่ตรงกัน ข้อเสียคือความถี่ต่ำจะโหลดอุปกรณ์ภายใต้การทดสอบมากกว่าโพรบอิมพิแดนซ์สูง นอกจากนี้ขอบเขตราคาถูกบางรายการไม่มีตัวเลือกอินพุต 50 โอห์มคุณสามารถใช้ T-peice และ terminator ภายนอกได้ แต่ไม่ได้ประสิทธิภาพที่ดี

หากสัญญาณของคุณมีขนาดใหญ่คุณอาจต้องลองทำการสอบสวนด้วย 100x โหลดน้อยลงในวงจร แต่เห็นได้ชัดว่าแย่ลง SNR

สำหรับโพรบอิมพิแดนซ์สูงคุณจะมีขอบเขตสำหรับอิมพิแดนซ์อินพุต 1 megohm ดังนั้นตัวต้านทานอนุกรมของคุณจะกลายเป็น 9 megohms สำหรับโพรบ x10 อย่างไรก็ตามการมีตัวต้านทานเพียงอย่างเดียวจะส่งผลให้โพรบที่ทำงานได้ไม่ดี ในการรับโพรบที่มีความประพฤติดีคุณจะต้องเพิ่มตัวเก็บประจุข้ามตัวต้านทานของคุณซึ่งมีขนาดเล็กกว่าความจุรวมของอินพุตขอบเขตและสายโคแอกเซียล 9 เท่า (ตอนนี้เรากำลังรักษาสายเคเบิลเหมือนตัวเก็บประจุแทนที่จะปฏิบัติเหมือนการส่งสัญญาณ เส้นนี่ใช้งานได้ตราบใดที่สายของเราสั้นกว่าความยาวคลื่นมาก) บ่อยครั้งที่ตัวเก็บประจุแบบแปรผันใช้ในการทำนายค่าความจุจรจัดนั้นยาก เมื่อความถี่สูงขึ้นการทำโพรบความต้านทานสูงที่ดีจะกลายเป็นเรื่องยากต้องใช้เทคนิคพิเศษเช่นสายเคเบิลสูญเสียพิเศษที่กล่าวถึงในคำตอบอื่น ๆ

การสร้างทางกายภาพของโพรบแบบพาสซีฟประสิทธิภาพสูงไม่ใช่เรื่องง่ายเพราะคุณจะต้องใช้ความจุของกาฝากที่มีขนาดเล็กมากเพื่อให้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าทำงานได้อย่างถูกต้อง (สร้างการตอบสนองแบบแบน) ในช่วงความถี่ แม้แต่สายเคเบิลโคแอ็กเซียลที่เชื่อมต่อโพรบกับออสซิลโลสโคปก็ยากหากคุณให้ความยาวที่สำคัญ สิ่งนี้ทำให้มันยากมากที่จะสร้างโพรบแบบพาสซีฟซึ่งไม่โหลดวงจรอย่างรุนแรง

หากเป็นเช่นนี้กับคุณฉันขอเสนอให้คุณลองโพรบที่ใช้งานซึ่งคุณจะสามารถจัดเรียงอิมพิแดนซ์เอาต์พุต 50 โอห์มสำหรับการเชื่อมต่อโดยตรงกับออสซิลโลสโคป คุณสามารถค้นหาโอเพ่นซอร์ส FET-input ของย่านความถี่กว้างที่มีความจุอินพุตค่อนข้างเล็กเช่นTHS4631ซึ่งมี 1 GOhm || ความต้านทานอินพุต 3.9 pF มันควรจะเป็นประโยชน์มากกว่าที่จะทำให้ตัวแบ่งแรงดันไฟด์ไวด์แบนด์ท้องถิ่นที่ opamp มากกว่าที่จะสร้างโพรบแบบพาสซีฟที่มีความจุเพียงไม่กี่ pF

ข้อเสียเปรียบก็คือว่ามันไม่ได้เป็นเรื่องเล็กน้อยเช่นกันและคุณอาจไม่ต้องการใช้โพรบดังกล่าวเป็นแบบใช้แล้วทิ้งเนื่องจาก opamps มีค่าใช้จ่ายหลาย ๆ เหรียญต่อหนึ่งบวกกับค่าใช้จ่ายของ PCB นี่คือตัวอย่างที่ดีของการออกแบบโดย Rocketmagnetซึ่งแสดงให้เห็นถึงสิ่งที่อาจเกี่ยวข้อง โพรบแบบปลายเดี่ยวสามารถเรียบง่ายขึ้นเล็กน้อยถึงแม้ว่าคุณอาจต้องการ opamp มากกว่าหนึ่งขึ้นอยู่กับความต้องการของคุณ หากคุณสามารถหลีกเลี่ยงขั้นต่ำเปล่าของ opamp หนึ่งหรือสองและตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าคุณอาจสร้างมันขึ้นบนแผ่นทองแดงหุ้มชิ้นส่วนและปล่อยให้มันแนบวงจรเพื่อทำการตรวจสอบ ไม่ว่าจะเป็นสิ่งที่คุ้มค่ากับความพยายามและค่าใช้จ่ายทุกครั้งนั้นขึ้นอยู่กับคุณ