1GHz bandbreedte buffer

Anoniem

Wie zich met moderne technieken bezighoudt moet ook durven zijn manier van denken aanpassen.
En zeker het warm water niet proberen heruit te vinden.
Ook de ontwerpers van professionele meetinstrumenten als Agilent en R&S zijn tegen de limieten van de klassieke oscilloscoop, al dan niet digitaal aangelopen.
De probe die jij bedoelt is ontzettend moeilijk te realiseren met voldoende nauwkeurigheid en betrouwbaarheid. Zeker als zelfbouwprojectje. Ik heb al veel pogingen gezien daartoe, maar zonder veel succes. Waarom zou het jouw wél lukken?

Breedbandsignalen waarbij het tijdsdomein nuttige info oplevert speelt zich bovendien hoofdzakelijk boven 1 GHz af, wat het probleem nog moeilijker maakt. Zelfs het kloksignaal van een doorsnee PC ligt al een stuk hoger dan 1 GHz..

Daarom heeft men het aloude principe van de eerste specterumanalysers terug opgerakeld: de panoramische breedbandontvanger. Die heeft geen frequentiebeperkingen.

Het is een superheterodyneontvanger met een instelbare MF bandbreedte. Door het toepassen van slimme fft technieken kun je in de gewenste bandbreedte een kwaliteitsscoop realizeren van dc tot 2--5-10GHZ en hoger. Wat met een klassieke scoop onmogelijk is.
De bandbreedte die je simultaan kunt bekijken is dan wel beperkt tot een aantal MHz rond de draaggolf maar dat is eerder een voordeel dan een nadeel.
Het zal mij worst wezen als ik een QAMsignaal wil bekijken wat er op dat moment op dc of 1MHz gebeurt.

Op een dag vroeg mijn baas of ik voor volgend budget nog wat nodig had. Ik zei eens een degelijke oscilloscoop tot 1-2 GHz in plaats van dat 50 MHz Philips scoopje zou wel mooi zijn .
Wel zei die, als je nu direct een aantal voorbeelden kunt geven waarbij je in het laatste jaar een scoop nodig hebt gehad boven de 10 MHz, dan mag je de mooiste en de duurste kopen die er op de markt is. Niet dus.

[Bericht gewijzigd door Anoniem op dinsdag 20 september 2016 20:04:41 (12%)

@ heer rbeckers,

Ik verwacht dat ook maar het totale plaatje van de versterker in gedachten en de ervaring er komt wel signaal uit maar de fidelity weet ik niet zo zeker.
Maar zoals ik al zij mijn probe gaat ook vanaf DC tot 2GHz alleen is dat voor TS nog niet haalbaar.
En je praat over een probe om een sample te nemen van een signaal in zo'n situatie als je niet weet over welke impedantie je meet kan de afwijking zo maar 50% zijn.
En de fidelity van de wave vorm is niet meer voorspelbaar het is meer een indicatie.
Ik weet zomaar dat als TS een weerstandje neem en een geïsoleerd stukje semi-rigid cable hij beter af is als met een probe zelf gemaakt of gekocht.
Maar het blijft leerzaam.

Groet Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Beste,

Bedankt voor jullie antwoorden.

Het doel van dit project is het instappen in de wereld van analoog, HF en meet instrumenten. De nauwkeurigheid als in fase draaiing, verzwakking, lineariteit en andere lastigheden zijn niet van belang.

Het gaat erom een idee te krijgen en zoals Henk zegt het is en blijft leerzaam. En als we er een 1GHz probe aan over houden dan zou dit erg mooi zijn. Maar wat we er in ieder geval aan over houden is een hoop ervaring.

We werken hier veel met systemen met hoog frequente klokken, FPGA's CLPD's, deze kunnen soms oplopen tot 300MHz. Het is alleen al fijn om te kijken of deze klokken wel lopen, dat het beeld wat we zien op de scope niet helemaal klopt, dat is bekend. Maar we weten dan wel dat er een klok loopt. Zelfde geldt voor data, we kunnen zien dat er data wordt gestuurd, wellicht niet of de data klopt, maar wel dat er data wordt gestuurd en de bus actief is.

Een zuivere sinus van 1GHz kunnen uitlezen zou mooi zijn, maar als dit begrenst wordt tot 800MHz dan is het jammer. Dan weten we hoe het niet moet ;)

Betreft de tip, dit worden waarschijnlijk 2 korte vergulde pinnen die op de print worden gesoldeerd. De tip is qua specificaties niet heel belangrijk, dus ik kan nog alle kanten op. Wellicht hebben jullie daar een idee bij?

Groet,

Marcel

rbeckers

Overleden

weerstandje neem en een geïsoleerd stukje semi-rigid cable

= High-Z probe
Zelfbouw relatief eenvoudig en goedkoop.

miedema

Golden Member

Ha Marcel,

Ik denk dat je een leuk en leerzaam project voor de boeg hebt :-)
Inmiddels is denk ik wel duidelijk waar de belangrijkste voetangels en klemmen te verwachten zijn.
Have fun!

Voor een snelle en meest praktische oplossing is de passieve high-Z probe van rbeckers en electron920 een prima idee.
Voor mij was het een eye-opener. Zeer geschikt voor klok signalen. Ik zou er zeker mee experimenteren.
(Maar parallel daaraan natuurlijk wel lekker je eigen actieve probe ontwerpen natuurlijk :-) )

groet, Gertjan.

@ MHElektro,

Duidelijk verhaal is ook de juiste instelling gelijk een score van 100 gaat niet lukken ;)
Ik heb een paar tekeningen gemaakt om een idee te schetsen wat je tegen kom en waarom de ingang het aller belangrijkste is de rest is een antenne versterkertje.
In eerste instantie kijk ik altijd wat wil ik maken en dan wat is het elektrische vervanging schema dit heb vereenvoudigt opgesteld.

Dit voor de duidelijkheid op het onderste plaatje de HF vervanging.
Hier is duidelijk te zien waar de knelpunten liggen de capaciteit tussen de probe pennen de inductie van de aardlitze en de serie resonantie welke hierdoor ontstaat.
Ik heb hier geen reken voorbeeld bij gedaan dat kan je zelf ook wel en anders kan het alsnog.
Elke scope probe is zonder compensatie laat ik zeggen goed bruikbaar tot 10 a 15 MHz van merk A of merk B maakt niet uit.
We gaan de probe omzetten naar 50Ω zie de twee plaatjes.

Het eerste plaatje de passieve probe dus een simpel weerstandje maar nog een keer zo'n probe zou elke HF technicus is zijn of haar toolbox hebben :)
Omdat in het probe huis voor de versterker de impedantie naar 50Ω gebracht is kan je eerst dit stukje meten je kan al in de praktijk kijken op je te meten signaal wat zie ik nu.
Ik gebruik voor de probe tip de wel bekende pogo pinnen deze zijn verguld en verend.
De afstand tussen de pinnen moet je zelf bepalen naar de steek welke je het meest gebruikt bij mij kan ik de kop verwisselen maar dat is een constructie voor later.
Dan moet je kijken hoe je de pinnen bevestigt dus aan de binnen kant op een stukje print materiaal? ( ik laat uiteraard ook jou idee meespelen ;) )
Let op de capaciteit van de hete pin naar aarde een beetje mee spelen ook de hoogte de inductie is minder belangrijk maar met minder bedoel ik ook klein beetje maar je zult zien die capaciteit en inductie zitten elkaar in de weg dan heeft de capaciteit meer gewicht.
De keuze van je materiaal waar je pinnen op bevestigd kijk wat je voor handen heb let op εr kijk in de tabellen welke materialen het beste te gebruiken zijn voor HF microwave.
Voor de component waarde dat komt later eerst de passieve dan kan je meten en herken je de eigenschappen van de gebruikte materialen lijkt saai maar geloof me als je twee dingen achterelkaar schakelt zonder de tussenschakel eigenschappen te kennen gaat het fout en weet je niet welke van de twee je moet aanpassen.
Succes ik hoor het wel en bouw een stukje mee ;)

Groet Henk.

Everything should be as simple as possible, but not simpler.

Henk,

Bedankt, dat is erg hulpzaam.

Ik denk dat ik weet hoe ik het ongeveer ga doen.

De ingang wordt een 50:1 verzwakker (dus er blijft maximaal 0.1Vp over). Dan komt de cascadeschakeling (BF998) die totaal 5x versterkt.
Om die uitgang niet teveel te belasten zet ik daarachter de opamp van Gertjan, de LMH6702. Deze gebruik ik dan meteen om het DC niveau eruit te halen, en de uitgang netjes op 0V te laten komen.

Dan is er een totale verzwakking van 10x. Wellicht wat meer ruis, maar als ik (helemaal) niet versterk, en alleen buffers gebruik, wat is dan het nut van het actieve deel van de actieve probe?

Het is wel verstandig om inderdaad alles stage voor stage op te bouwen. Dit is wel wat lastig, maar ik ga mn best doen. Als ik verder kom zal ik wat foto's maken en meetdata sturen.

Groet,

Marcel

Op 22 september 2016 08:58:28 schreef MHElektro:
Henk,

Dan is er een totale verzwakking van 10x. Wellicht wat meer ruis, maar als ik (helemaal) niet versterk, en alleen buffers gebruik, wat is dan het nut van het actieve deel van de actieve probe?

Het doel van een actieve HF probe is m.i. voornamelijk het verhogen van de ingangsimpedantie. Boven 10 MHz komt dit al snel neer op een zo laag mogelijke ingangscapaciteit omdat die alles bepalend is. Dit is eenvoudig te realiseren met een capacitieve spanningsdeler aan de ingang.

Versterking is over het algemeen minder belangrijk, in de praktijk heb je eerder een verzwakker nodig, en anders voorzie je de door te meten schakeling van een sterker ingangssignaal om te compenseren voor de verzwakking van de probe.

Ik heb in een licht gemodificeerde vorm deze probe gebouwd met een BF998:

http://elektrotanya.com/files/forum/2009/10/e04a036.pdf

Misschien een mooie opzet als buffer voor je versterker.

Hey Tuxracer,

Bedankt, ik had het artikel ook gevonden.

Die opzet gebruik ik, toevallig. Maar dan zit de gate 2 niet aan de voedingsspanning, maar aan een andere DC bias, ontkoppelt met 3 condensatoren naar gnd.

Verder haal ik mn signaal dan uit de drain, niet uit de source, en gebruik ik de opamp om het signaal terug te inverteren.

Maar klopt, ik ben mede door die schakeling geïnspireerd geraakt :p.

Groet,

Marcel

miedema

Golden Member

Ha Marcel,

Ik heb vandaag wat meer tijd, en heb een paar links over die passieve probe oplossing voor je opgezocht.
Om je een beter idee te geven wat dat precies is...

A wideband 1:21 DIY 1 k? oscilloscope probe
DC to 1GHz Probe Construction Plans
Praise for the Lo-Z probe

Die passieve probe is sowieso naast een actieve prove een nuttige aanvulling voor je gereedschapskist :-)

groet, Gertjan

Op 22 september 2016 11:55:21 schreef MHElektro:
Verder haal ik mn signaal dan uit de drain, niet uit de source, en gebruik ik de opamp om het signaal terug te inverteren.

Als je het signaal van de drain afneemt heb je kans op een versterking die sterk afneemt op hogere frequenties, boven pakweg 100-200 MHz. Dit komt door het Miller effect en veroorzaakt ook een flink hogere ingangscapaciteit. Hoe meer je de FET laat versterken hoe erger het wordt. Ook heb je een hogere uitgangsimpedantie waardoor het lastiger wordt om een volgende trap aan te sturen met behoud van vlakke frequentieresponse.

Hallo Tuxracer,

Juist door een cascadeschakeling te gebruiken wordt het Miller effect gecompenseerd. De source weerstand kan ik eventueel overbruggen met een C in serie met een R, zodat gain wellicht wat vlakker blijft.

De uitgangsimpedantie wordt bepaald door de drain weerstand, die moet ik nog bepalen, maar is moeilijk om uit te rekenen, dus dat wordt een soort trial and error. Samen met de serie weerstand van de opamp trap kan ik wat spelen.

Gertjan,

Mooie artikelen, vooral die wideband 1:21 probe. Die had ik nog niet gevonden. Het lijkt zo eenvoudig ;).

Ik ga eens kijken wat er gebeurd als ik ga spelen met een BF998.

Bedankt,

Marcel

rbeckers

Overleden

Passieve RF probes kunnen inderdaad simpel lijken te zijn.
Er zit wel wat trial and error bij zelfbouw bij.