Ich bin daran interessiert, meine eigenen billigen (etwas wegwerfbaren oder dauerhaft an Prototypen angebrachten) Sonden für meine Oszilloskope herzustellen.

In komplexen Schaltkreisen und dichten Leiterplatten kann es manchmal schwierig sein, alle diese (Standard-) Sonden anzubringen. Möglicherweise sind keine Testpunkte verfügbar. Die Verbindungen können zu einer starken Erdimpedanz führen, die die Signale verzerrt.

Die Lösung, die ich mir ausgedacht habe, war, ein Koaxialkabel an einen BNC-Stecker anzulöten und das Kabel direkt an die "interessante" Spur auf der Leiterplatte anzulöten, wodurch eine robustere Verbindung (keine abnehmbaren Haken, sehr ärgerlich) und eine wesentlich kleinere Erdung hergestellt wurden führt. Das dauerhafte Anbringen der Sonde führt zu einer perfekten Prototyping- / Entwicklungsplatine, die immer alle Signale liefert und bereit ist, an das Oszilloskop angeschlossen zu werden.

Wie kann ich das erreichen? Die Signale können im MHz-Bereich liegen (z. B. 10-30 MHz).

Ich dachte an ein Standard-50-Ohm-Koaxialkabel. Gibt es etwas Besseres? Soll ich es beenden?

Für eine 1:10 Prüfung reicht ein einfacher Spannungsteiler aus. Ist das wahr?

Wie wäre es mit Kapazitätskompensation? Wie kann die Kapazität der Sonde generell reduziert werden?

Noch etwas zu beachten, was die Sonden betrifft? Oder eine andere Möglichkeit, die oben genannten Ziele zu erreichen?

Dies ist im Allgemeinen keine gute Idee. Sie sind viel besser dran, Haltepunkte für normale Zielfernrohrsonden zu erstellen (stellen Sie sicher, dass Sie in der Nähe Haltepunkte für den Bodenclip bereitstellen).

Es gibt eine Reihe von Problemen, von denen Sie die meisten tatsächlich in Betracht gezogen haben - es ist nur so, dass eine direkte Koaxialverbindung nicht der richtige Weg ist, um mit ihnen umzugehen.

Die Signale können im MHz-Bereich liegen (z. B. 10-30 MHz).

Ich dachte an ein Standard-50-Ohm-Koaxialkabel. Gibt es etwas Besseres?

Hier ist dein erstes Problem. 30-MHz-Signale werden sichtbar verschlechtert, wenn sie Koax-Längen speisen, es sei denn, das Koax ist beendet. Ihre Signale breiten sich zum Oszilloskop aus, werden reflektiert, dann wieder reflektiert und verzerren das Oszilloskopsignal usw. Beachten Sie zwar, dass normale Oszilloskopsonden verlustbehaftetes Koaxialkabel verwenden, dies ist jedoch nicht erfolgreich, wenn Sie nicht viel davon verwenden Theorie.

Soll ich es beenden?

Oh, absolut. Wenn Sie dies tun, erhalten Sie am Zielfernrohr hervorragende Signale. Ummm. Nun, da ist natürlich die kleine Sache, das Kabel anzutreiben. Für 50-Ohm-Kabel müssen Sie eine Quelle bereitstellen, die 50 Ohm erfolgreich betreiben kann. Dies schließt alle "normalen" Operationsverstärker und alle "normalen" Logikschaltungen aus. Dies impliziert eine Reihe von Hochgeschwindigkeits-Hochleistungsverstärkern auf Ihrer Platine, die nur verwendet werden, wenn Sie Ihr Oszilloskop an die Platine anschließen. Bei den meisten Schaltkreisen bedeutet dies eine erhebliche Erhöhung der Verlustleistung. Daher benötigen Sie größere Netzteile . Aber machen Sie auf jeden Fall weiter.

Für eine 1:10 Prüfung reicht ein einfacher Spannungsteiler aus. Ist das wahr?

Ach nein. Es stimmt zwar, dass Sie so etwas wie einen 550/55-Teiler bereitstellen könnten, um eine nominelle 50-Ohm-Quelle zu erzeugen, aber wenn Sie an eine 50-Ohm-Last angeschlossen werden, erhalten Sie eine Division durch 20. Ihre Schaltung sieht eine Belastung von etwa 600 Ohm besser als 50 Ohm, aber es liegt immer noch außerhalb des Bereichs, mit dem die meisten Schaltkreise gerne umgehen.

Wie wäre es mit Kapazitätskompensation? Wie kann die Kapazität der Sonde generell reduziert werden?

Es ist wahr, dass dies für die Division durch 10 Sonden funktioniert, aber nur mit verlustbehaftetem Koax. Sie könnten versucht sein, ein nicht abgeschlossenes Koax zu versuchen, aber dies hat eine beträchtliche Kapazität (z. B. 25 pf / ft für RG58) zum Laden der Schaltung.

Der einzige "gute" Weg, um das zu tun, was Sie wollen, ist, wie bereits erwähnt, an jedem Punkt, den Sie überwachen möchten, einen 50-Ohm-Treiberverstärker zu installieren und dann das Kabel am Zielfernrohr mit 50 Ohm abzuschließen. Und das ist wahrscheinlich nicht sehr gut.

Eine typische passive Scope-Sonde sieht ungefähr so ​​aus (erster Treffer bei der Google-Bildsuche):

und jedes Teil davon ist gut konstruiert, oft mit Blick auf jahrzehntelange Erfahrung. Natürlich können Sie Ihre eigenen Sonden durchführen, und das hängt davon ab, was Ihr eigentliches Ziel ist. Nur etwas sehen? Sicher möglich, einfach und billig. Achten Sie zum Beispiel auf Z0-Sonden. Haben Sie eine Vorstellung davon, wie die tatsächliche Wellenform aussieht? Das wird jetzt unglaublich viel schwieriger. Die typische Bandbreite von umschaltbaren Sonden in der 1X-Position beträgt 5-8 MHz, und selbst die beste Technik kann nicht viel höher sein. Werden Sie also mit Ihrem Heim-Setup in der Lage sein? Unwahrscheinlich.

Hier sind nur zwei Beispiele für Dinge, die in modernen Hochleistungssonden ausgeführt werden und zu Hause nur schwer zu replizieren sind, wenn Sie die Teile kaufen:

• Das Sondenkabel ist nicht streng koaxial, sein Innenleiter ist zerknittert und es ist verlustbehaftet mit einem Widerstand von 100-200 Ω pro Meter.
• Das Kunststoffmaterial zwischen der Spitze und dem Erdungsring wird nicht nur präzise auf Maß gefertigt, sondern ist auch ein Material mit einer gut kontrollierten Dielektrizitätskonstante, um die Kapazität niedrig zu halten.

Lassen Sie mich Ihnen noch einmal einen Treffer bei der Google-Bildersuche zeigen:

Dies ist die Impedanz in Ohm gegenüber der Frequenz des Signals für drei verschiedene Sondenspitzenkapazitäten. Wie Sie sehen können, haben Sie selbst für die ohnehin schon sehr niedrigen 5pf immer noch Hunderte von Ohm Impedanz anstelle der gewünschten Megaohm (Es gibt Sonden mit <1pf auf dem Markt, und ihr Preis liegt bei vielen Tausenden, und das hat einen Grund). . Diese Reaktion muss abgeflacht werden, um die richtigen Wellenformen zu sehen.

Für weitere Informationen zu Oszilloskopsonden in Videoform empfehle ich:

• Dave Jones (EEVblog) über 1x Sonden
• Bob Pease und Freunde über Scope Probes

Auch eine gute Lektüre sind diese

• Doug Fords Geheime Welt der Sonden
• Grundlagen der Tektronix Scope Probe
• Tipps zum Agilent Scope (insbesondere 2 und 8)

tl; dr

Können Sie? Sicherlich können Sie mit genügend Wissen, aber ehrlich gesagt, wenn Sie das hätten, würden Sie hier nicht fragen, oder?

Sollten Sie? Höchstwahrscheinlich nicht, es sei denn, die einzige Frage, die Sie beantwortet haben möchten, ist "Gibt es etwas". In diesem Fall gehört eine selbstgebraute Z0-Sonde wahrscheinlich zu den besten. Wenn Sie eine gewisse Präzision der Wellenformen wünschen, müssen Sie den Frequenzgang der Sonden richtig charakterisieren und abflachen, damit Ihre Wellenform keine oder nur minimale Verzerrungen aufweist.

Wenn dies andererseits zum Spielen und Lernen der Funktionsweise von Oszilloskopsonden dient, ist dies eine sehr gute Idee.

Wenn Sie sich vor allem um die Erreichbarkeit und Anbringbarkeit von Testpunkten mit Pfaden mit niedriger Induktivität sorgen, sehen Sie sich das Video von Bob Pease gegen 8:00 Uhr an.

Es gibt zwei Grundtypen von passiven Sonden, Sonden mit niedriger Impedanz und Sonden mit hoher Impedanz.

Sonden mit niedriger Impedanz werden verwendet, wenn der Oszilloskop-Eingang auf 50-Ohm-Modus und eine 50-Ohm-Koaxialleitung zum Oszilloskop eingestellt sind. Sie haben dann einen Vorwiderstand an der Spitze, um Ihren Skalierungsfaktor anzugeben (dh 450 Ohm für eine x10-Sonde). Der Vorteil dieses Setups ist, dass es einfach ist und bei hohen Frequenzen gut funktioniert. Es hat diese schönen Eigenschaften, weil es das Kabel als eine ordnungsgemäße Übertragungsleitung behandelt, die in eine angepasste Last eingespeist wird. Der Nachteil ist, dass bei niedriger Frequenz das zu testende Gerät stärker belastet wird als bei einer hochohmigen Sonde. Einige billige Oszilloskope haben auch keine 50-Ohm-Eingangsoption. Sie können ein externes T-Stück und einen Abschlusswiderstand verwenden, aber die Leistung ist nicht so gut.

Wenn Ihre Signale groß sind, sollten Sie eine 100x-Sonde auf diese Weise herstellen. Weniger Last auf der Strecke, aber offensichtlich schlechter snr.

Für hochohmige Sonden haben Sie das Oszilloskop auf 1 Megaohm Eingangsimpedanz. Ihr Vorwiderstand beträgt also 9 Megaohm für eine x10-Sonde. Nur ein Widerstand führt jedoch zu einer Sonde mit schlechtem Verhalten. Um eine gut verhaltene Sonde zu erhalten, müssen Sie einen Kondensator über Ihren Widerstand legen, der 9-mal kleiner ist als die kombinierte Kapazität Ihres Oszilloskop-Eingangs und Ihres Koaxialkabels (wir behandeln das Kabel jetzt wie einen Kondensator und nicht wie eine Übertragung Dies funktioniert einwandfrei, solange unser Kabel viel kürzer als die Wellenlänge ist. Oft wird ein variabler Kondensator verwendet, da die Vorhersage der Streukapazität schwierig ist. Mit steigender Frequenz wird es schwieriger, gute hochohmige Sonden herzustellen, was zusätzliche Tricks wie die in anderen Antworten erwähnten speziellen verlustbehafteten Kabel erfordert.

Der physikalische Aufbau einer passiven Hochleistungssonde ist nicht einfach, da Sie eine extrem kleine parasitäre Kapazität erreichen müssen, damit der Spannungsteiler über einen weiten Frequenzbereich ordnungsgemäß funktioniert (eine flache Antwort erzeugt). Selbst das Koaxialkabel, das die Sonde mit dem Oszilloskop verbindet, ist schwierig, wenn Sie ihm eine signifikante Länge geben. Dies macht es sehr schwierig, eine passive Sonde zu bauen, die die Schaltung nicht stark belastet.

Wenn dies für Sie von Bedeutung ist, schlage ich vor, dass Sie eine aktive Sonde versuchen, für die Sie eine Ausgangsimpedanz von 50 Ohm für den direkten Anschluss an das Oszilloskop einrichten können. Sie finden Breitband-FET-Eingangs-Operationsverstärker mit relativ kleiner Eingangskapazität, wie z. B. den THS4631 mit 1 GOhm || 3,9 pF Eingangsimpedanz. Es sollte praktischer sein, einen Breitband-Spannungsteiler lokal am Operationsverstärker anzubringen, als eine passive Sonde mit nur wenigen pF Kapazität zu konstruieren.

Der Nachteil ist, dass dies auch nicht ganz trivial ist und Sie solche Sonden möglicherweise nicht als Einwegsonden behandeln möchten, da die Opamps jeweils mehrere Dollar zuzüglich der Kosten für die Leiterplatten kosten. Hier ist ein gutes Beispiel für ein Design von Rocketmagnet , das zeigt, worum es gehen könnte. Eine Single-Ended-Sonde kann etwas einfacher sein, obwohl Sie je nach Ihren Anforderungen möglicherweise immer noch mehr als einen Operationsverstärker benötigen. Wenn Sie mit einem Minimum von ein oder zwei Operationsverstärkern und einem Spannungsteiler davonkommen können, können Sie es möglicherweise auf einem Stück kupferkaschierter Platine aufbauen und die zu prüfende Schaltung angeschlossen lassen. Ob dies die Mühe und die Kosten jedes Mal wert ist, liegt natürlich bei Ihnen.