1GHz bandbreedte buffer

Ik zou denken aan eem MMIC.
Die zijn meestal 50 Ohm met een frequentie bereik van DC tot >1 GHz.

Bedankt voor je antwoord.

Hoe zit het met MMIC's en DC?
Versterken ze deze ook met hun versterkingsfactor?

De meeste die ik zo gauw kon vinden hebben een vaste gain van rond de 17dB. Opzich geen probleem, de ingang kan ik verzwakken tot ik de juiste uitgangsspanning krijg.
Maar geldt deze gain ook voor DC(spanning!)?

Marcel

Licht je project eens wat beter toe.
0-1GHz in 1 band versterken is niet evident.
Het is ook niet simpel een dergelijk circuit zelf te ontwerpen als je niet over zeer grondige kennis en een arsenaal aan middelen beschikt. Het is niet een ICtje op een stukje gaatjesprint monteren.
De print zelf zal erg precies moeten gedefinieerd worden.
Verder moeten er maatregelen tegen oscillaties genomen worden, het is ontzettend moeilijk de impedantie constant te houden over zo'n band, dus zul je aan de uitgang met een impedantieaanpassing en verzwakker moeten werken.

Als aan de ingang meerdere signalen terzelfdertijd optreden die deels onvoorspelbaar qua amplitude zijn, of grote onderlinge verschillen vertonen, zoals bij een ontvangeringang gea je bovendien nog moeten maatregelen nemen tegen oversturing en intermod.

Bij bijna alle hf schakelingen die ik ken, en dat zijn er wat, probeert men voor die redenen juist dergelijke breedbandtoestanden te vermijden.

Het idee is een 1GHz active probe.

De oscilloscoop heeft een ingangsimpedantie van 50 Ohm.
Volgende eisen zijn gesteld:
+/- 5V ingangsspanning
DC - 1GHz bandbreedte
maximaal 10x (-20dB) verzwakking

De ingangstrap heb ik ontworpen rondom een dual gate mosfet.

De uitgangsimpedantie van deze trap is nog niet bepaald, maar zal ergens tussen de 100 - 500 ohm komen liggen.

De voeding is ook nog niet bepaald, functionele eisen hebben voorang. De voeding komt later.

Een arsenaal aan middelen heb ik gelukkig tot mijn beschikking.

Het ingangssignaal zal meestal bestaan uit een kloksignaal. Dat de probe uiteindelijk beperkingen zal hebben tot in het GHz bereik dat weet ik, en dat is ook geen probleem.

Marcel

MHElektro,

Ik heb goede ervaringen met de LMH6702, een "1.7-GHz Ultra-Low Distortion Wideband Op Amp" van Texas Instruments.

Ik heb voor ongeveer hetzelfde gebruiksdoel met deze LMH6702 een Hi-Z naar 50Ω buffer gemaakt.

Hier heb ik daar wat uitgebreider over geschreven: https://www.circuitsonline.net/forum/view/message/1767835#1767835

groet, Gertjan.

Ha MHElektro,

Dan ben je al een aardig eind op weg nu is 1GHz zo hoog niet en is goed te doen.
Ik ga er even vanuit gezien je omschrijven dat je kloksignaal geen 1GHz is althans dat hoop ik niet wat dan kom je een factor 10 tekort.
Als je de ingangstrap ontworpen heb meet deze eerst step by step is heel belangrijk in RF microwave.
Daarna kan je een MMIC achter de FET plaatsen en opnieuw meten afhankelijk van de amplitude frequentie karakteristiek kan je tussen de FET en de MMIC een effenaar plaatsen.
Maar even een andere vraag heb je al eens een weerstandje aan een stukje kabel geprobeerd om te ontkoppelen.
Je zit met de uitgangsspanning naar je meetapparatuur ik heb hier diverse probes tot 4GHz de meeste zelf ontworpen en met zo'n inductie arm weerstandje haal je zo maar 8GHz.
Nog even over de OPAMP dat heb je al ontdekt dat kan je vergeten in mijn ogen is een OPAMP bruikbaar tot 10 a 20 MHz en als buffer tot 100 a 150 MHz.
Als je echt van af DC wil werken zal je moeten splitsen of offset compensatie moeten toepassen dit kan door er een tegen over gestelde spanning bij op te tellen doe ik ook tot 130V let op dit is complex en een dure aansluit kabel plus control box.
Hou er rekening mee dat als er bij een MMIC staat DC.....5GHz het beestje eigenlijk pas van 10MHz begint onder de 10MHz is in de ogen van HF microwave specialisten gelijkstroom

Groet Henk.

Hoe zit het met MMIC's en DC?
Versterken ze deze ook met hun versterkingsfactor?

De meeste die ik zo gauw kon vinden hebben een vaste gain van rond de 17dB. Opzich geen probleem, de ingang kan ik verzwakken tot ik de juiste uitgangsspanning krijg.

MMIC`s zijn er in veel kleuren en smaken.
Met verschillende versterkingsfactoren (dB) en maximale vermogens (dBm).
Sommige hebben een extra vlakke karakteristiek, terwijl anderen een lage ruisbijdrage hebben.
Dat wordt dus even puzzelen om de juiste optima te vinden.
Vrijwel alle gangbare types zien graag een single rail voeding van 5 Volt en zijn gespect op een in en uitgangs-impedantie van 50 Ohm.
Die uitgang zit dus wel goed, maar voor de aanpassing vanuit je FET trap moet je nog een aanpassing maken.
Maar daarmee ben je met 3 weerstandjes ook wel klaar.

Bedankt voor jullie antwoorden.

Ik denk dat ik de opamp van Gertjan eerst ga proberen. Voor die paar euro is het het proberen waard. In zijn post zag het frequentiebereik er goed uit.

Het enige nadeel van deze opamp is dat de slewrate net niet genoeg is, maar goed daar is mee te leven.

Er zullen vooral kloksignalen van 100MHz worden gemeten, die komen er nog wel goed door.

Ik ga de componentwaarden berekenen en zorgen dat ik een PCB kan tekenen, kijken wat ik dan weer tegen kom.

Trouwens die MMICs lijken me wel mooie dingen, daar wil ik wel iets mee doen. Zijn er ook MMIC's die geen open collector uitgang hebben, maar een vaste voeding? Dat je de DC niet op de uitgang hoeft te injecteren?
Als ik naar het simplified schematic kijk van de meeste MMIC's zouden ze voor DC kunnen werken (mits de ingangsstroom flink beperkt wordt). Met wat metingen om af te stellen.. Zou dat ooit kunnen gaan werken?

Marcel

MHElektro,

Ik denk inderdaad dat van de aangeboden oplossingen de LMH6702 het handigst is. In elk geval met 1 buffer van DC tot 1GHz
Ook de slew rate lijkt toch wel OK. Je vraagt een slewrate van 3140 V/us bij 0.5Vp, en de spec is 3100 V/us (gespect halverwege 6Vtt)

Als je een print ontwerpt kijk dan goed naar het Evaluation Board van TI. Bij deze bandbreedte is de performance met wat capaciteit of serie inductie erg snel verpest......

Bij dat evaluation board zit er onder de chip geen groundplane (lagere capaciteiten), en de verbindingen zijn zeer kort door IC en omringende componenten boven elkaar op beide zijden van de PCB te zetten.
De uitdaging is hier echt om de potentie van de opamp ook in reële prestaties om te zetten!

Zelf heb ik hier de makkelijke weg genomen en domweg dat Evaluation Board mee besteld. (waren een tientje bij Mouser)

groet, Gertjan.

Ha MHElektro,

Als je tot 100MHz klok wil meten heb je zeg maar een 1GHz versterker nodig.
Als je zorg draag dat de versterker vlak is zeg +/- 3dB is prima en fase in de pas loop.
Je kunt de FET hier goed gebruiken maak een cascode trapje dus de FET en een BFR92a met een frequentie compensatie netwerkje laag zal je te veel versterking hebben.
Hier achter een BFR96s als eindtrap 50Ω uit.
Zoals @Brainbox al aangeef MMIC's zijn er veel fabricage proces is simpel en makkelijk in gebruik dus is de afname groot maar het is een versterker trapje voor algemeen rf gebruik.
Er zijn zeker MMIC's die een vaste voedingsspanning vragen ik gebruik MMIC's tot 8GHz maar gezien de afmetingen kan je hier geen vermogen uithalen.
Voor DC is het gebruik van een MMIC niet de beste keuze er is geen stabilisatie voor het werkpunt aanwezig het geen een grote offset teweeg brengt met alle gevolgen van dien.

Groet Henk.

Het voordeel van de opamp is dat deze ook meteen een push pull uitgang heeft, en de capaciteitjes aan de uitgang (op de PCB, kabel etc) snel kan laden en ontladen. Met één transistor als eindtrap is het het alleen een pull of push configuratie, en kan het wat lastiger zijn als er iets grotere capaciteitjes zijn.

Het wordt voor mij de eerste keer dat ik een PCB ga maken voor deze frequenties, maar de bekende regels als sporen zo klein mogelijk houden, breed houden en ontkoppel condensatoren zo dichtbij mogelijk zijn bekend.

Het spoortje van de opamp uitgang naar de connector ook zo kort mogelijk, als deze langer is dan 1/4 van de golflengte moet ik deze ook 50Ω maken, toch? Niet dat dat enorm moeilijk is, maar ik moet er dan wel rekening mee houden.

Marcel

Ha Marcel,

Ik zat even dubbel met de post van @heer miedema en uiteraard zijn die type opamp's van comlinear nu Texas instruments bruikbaar als buffer maar alles mee genomen toch ook weer niet en ook hier zul je een correcte afsluiting Zo=50Ω moeten creëren.
Net als met een BJT of FET zul je in tegenstelling tot LF bij RF rekening moeten houden met de karakteristieke weerstand van je systeem het imaginaire aandeel speelt hier een grote rol.
Ik heb hier nog een aantal proef bordjes van comlinear 30 jaar oud met zeg maar nagenoeg de zelfde chipies er op deze gebruikte ik voor video versterkers en dat is goed te doen maar tot 1GHz gaat niet.
Je heb 3 transistors en 1 FET nodig als je push pull wilt werken 1 BFR96s er bij.
Je kunt op deze manier 1V RF out bj -48dB 3e orde IMA en een ruis getal van 6dB over 50Ω dat gaat met geen enkele OPAMP lukken frequentie tot zeg 1.5GHz.

Groet Henk.

Henk

3 transistors en 1 FET?

Kun je eens laten zien hoe je dat doet dan? Wellicht ook het proberen waard.

Groet,

Marcel

Zelf, incl. print, ontwerpen is lastig.
DC-1GHz is wat een "goede" scoop aan specs heeft.

Ha MHElektro,

Mijn ervaring is dat je het met een opamp niet gaat halen in het verleden jaar of 10 geleden nog een keer geprobeerd gaat niet.
Dus ik begin daar niet meer aan ik heb een chip voor je ook van TI komt ook van de jongens van Comlinear dat is de LMH5401 dit is een 8GHz versterker met een Slew Rate van 17,500V/μs dat is pas snel
Ik gebruik dit chipie voor een project wat ik volgend jaar wil starten.
Maar ik heb al een proefje gedaan 2.3GHz voorversterker voor een 2GHz scope.
Deze kan je gelijk gebruiken differentieel in/out maar niet goedkoop
Welke FET heb je op het oog ik zal een tekening maken als voorzet misschien wel leuk ook voor andere CO'ers om er een draadje van te maken ik denk dat een RF probe voor veel amateurs interessant kan zijn.
Aanvulling wat de heer rbeckers vermeld is wel iets om rekening mee te houden het is een illusie om te verwachten dat in een keer een printje werkt zoals jij dat wil no way heel veel komt neer op proberen en met veel geduld nog maar een keer proberen niet alleen je componenten gedragen zich soms ietwat vreemd maar ook de print en behuizing gooien roet in het eten.
Maar het is altijd wel een leuke uitdaging als je een beetje geduld kan opbrengen.

Groet Henk.

[Bericht gewijzigd door electron920 op dinsdag 20 september 2016 12:29:42 (23%)]

Ik heb de voorversterker gemaakt rondom een BF998 dual gate mosfet. Gebruik ik als een cascode, dan nog een common base versterker met een BFT93 om de DC bias eruit te halen met de collector aan een negatieve voeding via een weerstand.

Vanuit daar een LMH6702 zoals GertJan voorstelde.

Wellicht zijn er meerdere wegen naar Rome, maar dit was mijn idee.

Groet,

Marcel

Ha Marcel,

Mijn inziens ben je al op weg ja je kunt wel keer op keer omdraaien maar dan kom je niet vooruit
Ik heb even snel gekeken naar de BF998 die is eigenlijk niet bruikbaar als je de probe tot zeg 1 GHz wilt gebruiken.
Dit FETje is ook 40 jaar jong maar het is te proberen heb je al een proefje gemaakt?
Wat zijn eigenlijk de specificaties die voor ogen heb ingang impedantie conversie versterking ruis bijdrage niveau aan de uitgang enz.
Welk print materiaal heb je voorhanden en heb je al een behuizing op het oog mijn probes zijn afgeschermd voor EMI maar hebben een kunststof buiten behuizing wat je laat je probe gegarandeerd ik keer vallen op je print wel handig als je niet gelijk alles opblaast
Misschien niet verkeerd om eens naar je ontwerp te kijken ten zij je ervaring is dat dit hem niet gaat worden.

Groet Henk.

Haha ja klopt.

Ik heb nog geen proef gemaakt, dat zal ik binnenkort eerst even doen. De onderdelen bestellen en dan kijken of ik iets in elkaar kan solderen. Soort proof of concept maken.

De volgende specificaties zijn gesteld:

- Ingangsspanning +/-5V
- Bandbreedte DC - 1GHz
- Ingangscapaciteit <1pF*
- DC ingangsweerstand 10MΩ
- Maximaal -20dB verzwakking
- Risetime < 350ps
- Ingangsvoedingsspanning 5VDC/500mA (USB)

Verder:
- Afmeting niet groter dan 120 x 30 x 10mm
- Behuizing PLA/ABS (3D geprint)
- Kabellengte 1300mm
- BNC aansluiting aan meetapparaat
- Aansluiting naar signaal scherpe punt
- Werktemperatuur 0-50°C
- Aan-indicatie door middel van LED

Signaal/ruis verhouding zijn geen eisen aan gesteld

Dat niet alle eisen gehaald kunnen worden was al vanaf het begin duidelijk, maar als "instapper" in de RF wereld is dit wel een leuk project.

*Kan beter zeggen dat de ingangsimpedantie bij 1GHz niet minder dan 50Ω mag zijn.

Groet,

Marcel

Ha Marcel,

Die "Ingangscapaciteit <1pF*" ga je nog een harde dobber aan hebben....

Op m'n evoluation board haal ik een ingangcapaciteit van 1,9pF.
Dat is met de kale print, zonder connector of zo. Om die 1,9pF te bereiken moest ik alles wat massavlak was in de buurt van de ingang wegfrasen, en het ingangscircuit deels zwevend opbouwen....

Natuurlijk kun je nog iets lager uitkomen door een (gecompenseerde) passieve ingangsverzwakker toe te passen. Maar dan moet je daarna weer versterken, wat je bandbreedte ook weer niet ten goede komt

groet, Gertjan.

Vergeet 10MΩ voor DC. Dat is niet van belang voor dit frequentiebereik en maakt het nog lastiger.
Probeer eerst 5Hz-1GHz.
Als je +5V voeding wilt gebruiken, dan heb je ook een DC/DC omvormer nodig.

Gertjan,

Ik weet dat de ingangscapaciteit nog moeilijk wordt. Maar daarom zet ik erbij dat de impedantie bij 1GHz in ieder geval 50Ω moet zijn.
Dan blijkt dat
X = 1/(wC) => C = 1/(Xw)
Als omega dan 2*3.14*1GHz is en X= 50Ω, komt dat neer op een 3.18pF ingangscapaciteit.

Dat is echt het maximale.

Overigens moet ik het signaal verzwakken, dit doe ik met een passieve spanningsdeler, wat zoals bekend in passieve probes ook wordt toegepast.

rbeckers,

Ja, klopt. Wordt waarschijnlijk +10V en -3V voor de dual gate mosfet, en de opamp krijgt +5 en ook -3V.
De voedingen komen zo ver mogelijk van het gevoelige analoge circuit af.

Groet,

Marcel

[Bericht gewijzigd door MHElektro op dinsdag 20 september 2016 15:46:36 (12%)]

Marcel,

Ook ik zat eerst voor de ingangsimpedantie met standaardwaarden van 1MΩ en 10MΩ in m'n hoofd.

Maar als je je realiseert dat bij de frequenties waar je je probe voor wilt gaan gebruiken die ingangsimpedantie door de ingangscapaciteit toch al (ver) onder de 1kΩ zakt.... Dan blijkt een (DC) ingangsimpedantie van b.v. 100kΩ ook al prachtig. Zelfs 10kΩ is eigenlijk al weinig mis mee.

Er zijn een paar dingen om op te letten als je je HF meetsignaal zo min mogelijk wilt belasten: De ingangscapaciteit en de ingangscapaciteit

Het is nuttig om te kijken naar commerciële probes, om te zien wat haalbaar is. (en welke oplossingen daar gebruikt zijn)

Eens met rbeckers: bedenk of je DC in echt nodig hebt.....
Beveiligen van zo'n ingang is erg lastig: alle oplossingen voegen extra ingangscapaciteit toe.... Dus een ingangs C is een belangrijk wapen om ongewenste (grote) signalen buiten de deur te houden

groet, Gertjan.

Ha Marcel,

Ik heb het wensen lijstje gelezen ik kijk of ik morgen een front end kan maken voor de test.
Deze bestaat uit de FET welke je gekozen heb als darlington feedback of als Darlington Cascode feedback en een smd netwerkje omdat de VSWR maar aan een kant van belang is mag dit een L-netwerkje zijn.
Dit L-netwerk gebruik ik tevens om een transformatie uit te voeren.
Het is misschien mogelijk om een trafo aan de ingang te plaatsen om op deze manier de impedantie omhoog te brengen 1 GHz is nog niet zo hoog kijken wat haalbaar is.
Maar nu de tip hoe had je dat ingedachte het is wat @heer miedema schrijft de capaciteit aan de ingang is een van de belangrijke punten.
Met de tip bedoel ik je pen naar de buiten wereld en de massa verbinding 95% van het werk zit hem in dit onderdeel.
Voor wat de gelijkstroom weerstand betreft die is er niet zelfs 5Hz is niet haalbaar je moet elk meettoestel gebruiken waar het voor gemaakt is. Uiteraard komt er nog signaal door al dan niet verzwakt maar daar is je probe niet voor ontworpen.
Als frequentie gebied moet je 10MHz....1GHz hanteren verder omlaag of verder omhoog is mooi meegenomen.
Je gaat tenslotte niet met een 1GHz probe je laagfrequent versterker meten
Om de ingang te beschermen tegen DC heb je een koppel condensator nodig deze is heel belangrijk hier kom je op binnen ik gebruik hier voor porselein van ATC dit zijn voor RF microwave de beste.
Dus ik kijk eerst naar de uitvoering van de meetstift daarna de in koppeling en daarna de verzwakker deze eventueel frequentie gecompenseerd.
Als je dit op een printje wil maken dan is de print ook belangrijk deze moet dan gelijk meegenomen worden in het ontwerp.

Groet Henk.

@electron920
Op een puntje heb ik een ander standpunt.
5Hz-1GHz is haalbaar maar lastig. Ook verhoogt die koppel-C parasitair een beetje de parasitaire ingangs-C.
DC-1GHz kan maar is nog lastiger.