Probe pasif kecepatan tinggi - kontradiksi antara penulis atau sudut pandang yang berbeda?

Dalam sebuah dokumen, Hiscocks et al. menjelaskan beberapa dasar-dasar teori penyelidikan Oscilloscope. Dokumen ini sangat dimengerti dan tampaknya masuk akal. Perhatikan secara khusus bahwa baginya, orang jahat adalah kapasitansi paralel kabel koaksial dan osiloskop yang harus dikompensasi dengan menambahkan kapasitansi secara paralel ke ujung probe (jadi, kapasitansi ujung meningkat).

Kemudian datang d. smith dengan metodenya untuk membangun probe pasif 1 GHz. Pertama, tidak sepenuhnya jelas mengapa ia menghentikan probe dengan hambatan 50 ohm: untuk menghindari pantulan, bukankah cukup satu sisi probe (yaitu sisi osiloskop) diakhiri oleh resistensi 50 ohm? Saya berasumsi bahwa ini adalah untuk membunuh refleksi lebih banyak lagi. Jadi, biarkan saja. Tetapi yang aneh bagi saya adalah bahwa ia tidak memperhitungkan kapasitansi kabel, maupun kapasitansi osiloskop. Khususnya, baginya, binatang yang harus dibunuh adalah ujung kapasitansi (jadi dia bertambahkapasitansi paralel kabel), kebalikan dari apa yang dikatakan Hiscoks dalam dokumen di atas. Jika orang ini adalah seorang pemula, saya akan mengatakan bahwa dia tidak mengerti mengapa penyelidikannya bekerja, dan bahwa dia benar-benar meningkatkan kapasitansi ujung dengan kertas tembaga. Tapi hey! pria ini adalah guru penyelidikan yang menerbitkan beberapa artikel di jurnal yang berbeda.

Dan sekarang yang terbaik dari yang terbaik, The Art of Electronics , 12.2 hal. 808: melakukan probe pasif kecepatan tinggi? sangat sederhana:

... dan buat sendiri dengan mengaitkan resistor seri (kami suka 950 ohm) ke panjang skinax 50 ohm coax (kami suka RG-178); Anda sementara solder coax shield ke tanah di dekatnya, tancapkan ujung yang lain ke dalam lingkup (ditetapkan untuk input 50 ohm) dan voila - kecepatan tinggi 20 x penyelidikan !.

Jika pemahaman saya benar, resistor 950 ohm dengan impedansi karakteristik 50 ohm kabel membuat pembagi resistor 1:20 (hingga sekarang OK), tetapi bagaimana dengan kompensasi probe, dll.? uh!

Dapatkah seseorang memberi tahu saya apa yang sedang terjadi?

Untuk probe 100 MHz dan lebih lambat, panjang gelombang sinyal tersebut cukup panjang sehingga kabel tidak benar-benar bertindak seperti saluran transmisi dan ujung probe cukup langsung 'melihat' impedansi input dari ruang lingkup. Juga, impedansi probe dan impedansi input lingkup tidak cocok dengan impedansi karakteristik kabel. Dalam hal ini, kapasitansi adalah hal utama yang perlu dikontrol dan dikompensasi. Ini dijelaskan dalam Hiscocks et al. dokumen.

Pada frekuensi tinggi, kabel bertindak seperti saluran transmisi dan ujung probe tidak melihat impedansi input lingkup secara langsung. Sebaliknya, ujung probe melihat impedansi karakteristik kabel. Biasanya untuk probe frekuensi tinggi, teknik desain RF 50 ohm standar digunakan. Semuanya hanya cocok dengan 50 ohm - baik input lingkup dan ujung probe.

Adapun perbedaan antara d. pandai besi dan seni elektronik, mereka pada dasarnya berusaha melakukan hal yang kurang lebih sama. d. smith menambahkan hambatan paralel ke tanah untuk membentuk satu sisi pembagi tegangan untuk menghasilkan probe ~ 40: 1. Resistansi 50 ohm itu muncul bersamaan dengan kabel 50 ohm untuk resistansi setara 25 ohm. Ini kemudian membentuk pembagi tegangan dengan resistor seri 976 ohm. Rupanya ujung kapasitansi probe-nya cukup tinggi sehingga diperlukan kompensasi tambahan untuk mendapatkan respons frekuensi yang datar. Perhatikan bahwa resistor ini tidak benar-benar diperlukan sebagai resistor terminasi - menganggap ujung lain dari garis (pada ruang lingkup) diakhiri dengan benar menjadi 50 ohm, maka seharusnya tidak ada pantulan yang muncul kembali pada kabel yang dapat memantul dari ketidakcocokan impedansi di kepala probe.

Seni desain elektronik melakukan hal yang sama, tetapi hanya menggunakan impedansi karakteristik kabel sebagai satu sisi pembagi tegangan. Dalam kombinasi dengan resistor seri 950 ohm, ini menghasilkan probe 20: 1. Ini mungkin bekerja 'cukup baik' hingga frekuensi cukup tinggi tanpa kompensasi tambahan jika resistor yang tepat digunakan, tapi saya kira Anda bisa melakukan sedikit lebih baik jika Anda menambahkan kapasitor berukuran tepat ke tanah antara resistor 950 ohm dan kabel coax . Redaman seni desain elektronik juga lebih rendah dari pada d. desain smith, yang kemungkinan membuat ketidakcocokan dalam kapasitansi kurang menjadi masalah. Secara umum, saya pikir seni desain elektronik benar-benar dimaksudkan untuk menjadi teknik cepat dan kotor yang berfungsi cukup baik untuk debugging tetapi dapat ditingkatkan jika diperlukan lebih banyak akurasi.

Memang dokumen Hiscocks cukup jelas, resistansi seri 9 M dalam probe, 1 M ke ground dalam cakupan. Tambahkan kapasitor secara paralel sehingga untuk frekuensi tinggi rasio 10: 1 dipertahankan. Itu semua masuk akal.

Penyelidikan 10: 1 yang bagus seperti ini dapat mencapai bandwidth hingga 300 MHz.

Solusi lain mencoba untuk mencapai BW (bandwidth) yang lebih tinggi. Maka batasan pertama yang perlu kita singkirkan (dibandingkan dengan probe standar 10: 1) adalah kabel probe. Kabel yang digunakan untuk probe 10: 1 adalah faktor pembatas untuk BW. Kita perlu menggunakan kabel BW tinggi dan yang hampir selalu memiliki impedansi karakteristik 50 ohm, seperti RG-178. Untuk dapat menggunakan BW yang panjang kabel harus diakhiri di kedua sisi dengan 50 ohm. Itu membuat kabel menjadi saluran transmisi .

Baik D. Smith dan Seni Elektronik menggunakan saluran transmisi ini sebagai basis mereka. Perhatikan bahwa resistor terminasi 50 ohm biasanya berada di dalam osiloskop (Anda harus mengubah pengaturan pada ruang lingkup), jika tidak memiliki pengaturan seperti itu Anda harus menambahkan 50 ohm sendiri.

Untuk memasangkan ke dalam saluran transmisi 50 ohm keduanya menggunakan resistor dengan kapasitor opsional. Seni Elektronik rupanya sudah senang dengan BW yang mereka dapatkan. Perhatikan bagaimana mereka terutama berbicara tentang sinyal-sinyal digital yang memiliki bentuk yang bagus!

Juga, karena saluran transmisi berperilaku sebagai impedans 50 ohm tanpa banyak kapasitansi, Anda tidak akan "melihat" semua kapasitansi RG-178 pada input. Jadi Anda hanya perlu kapasitansi yang sangat kecil melintasi resistor 950 ohm untuk mendapatkan kompensasi frekuensi yang tepat.

Kompensasi penyelidikan diperlukan ketika Anda memiliki ruang lingkup dengan impedansi 1 megaohm

Ketika cakupan dan impedansi kabel cocok, tidak ada yang memberi kompensasi. Kabel adalah saluran transmisi dan induktansi kabel membatalkan efek kapasitansi.

Alasan mengapa sebagian besar lingkup tidak memiliki proksi 50 ohm adalah karena ia menempatkan beban signifikan pada rangkaian yang diukur, dan kehati-hatian diperlukan untuk tidak menyebabkan operasi yang tidak diinginkan hanya dengan menghubungkan probe. dengan probe impedansi tinggi Anda dapat menyelidiki sirkuit dengan gangguan lebih sedikit.

Smith mengakhiri kedua ujung kabel koaksialnya. Saya tidak yakin apa yang dia dapatkan dari itu, dan kemudian perlu mengkompensasi kapasitansi pemutusannya, saya tidak yakin bahwa dia mendapatkan sesuatu.

Seni Elektronik, telah dibaca-baca oleh banyak ahli dan sangat dihormati