Problema con el diseño del circuito sonda 10x

Diseñé una placa para multiplexar 16 entradas en un osciloscopio de 4 canales usando relés. También incluí circuitos para replicar una sonda 10x en la placa. Es decir, coloqué una resistencia de 9M ohmios en paralelo con un límite variable de 1.4pF. Estos valores provinieron de una proporción de 9:1 con la resistencia interna de 1 M ohm del osciloscopio y un límite de 13 pF. A partir de ahí, un cable BNC conecta la placa y el alcance.

Aquí hay un esquema:

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PV1, PG1, PI1, PV2, PG2, PI2 están conectados a 4 contactos de relé separados normalmente abiertos.

Cuando fui a ajustar los capacitores para una onda cuadrada de 1kHz, la onda estaba completamente torcida y ningún valor límite de .9pF a 9pF la arreglaría. Para mi sorpresa, me di cuenta de que la onda se veía mejor en el valor superior (alrededor de 10 pF) en lugar de cerca de 1,4 pF como esperaba. Lo reemplacé con un límite de 22pF por curiosidad y la onda cuadrada se veía un poco mejor, no perfecta, pero también tiene una ligera compensación de CC.

Alguna idea de lo que está pasando aquí? Es el problema con el cable BNC, o posiblemente con la inductancia/capacitancia del circuito. ¿Cómo debería haber diseñado esto en primer lugar?

FYI: No hay un plano de tierra porque cada uno tiene terrenos ligeramente diferentes. Además, inyecté la onda cuadrada directamente en la tapa, con tierra conectada a tierra BNC. Obtengo el mismo resultado cuando inyecto desde cualquier otro lugar.

Aquí hay algunas formas de onda en el osciloscopio. De arriba a abajo: sin tapa instalada, alrededor de 10 pF, y la parte inferior es de 22 pF.

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Además, comparando la señal con la onda cuadrada original.ingrese la descripción de la imagen aquí

Actualización: Gracias por las respuestas. Alguien me sugirió que usara un circuito como el siguiente para crear una sonda 100x. ¿Funcionaría mejor esto?

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Tal vez ya haya visto esto, pero si no, eche un vistazo a: youtube.com/watch?v=OiAmER1OJh4 probablemente en su caso, lo que le molesta es que la conexión de la sonda al alcance no es una línea de transmisión y/o lo es, pero es posible que no se termine correctamente.
Es un placer, incluso después de trabajar con osciloscopios durante 25 años, aprendí algo de ese video :-)

Respuestas (2)

Lo que se está perdiendo es el hecho de que el cable en una sonda de alcance NO es un cable coaxial ordinario de baja pérdida, principalmente porque sería difícil fabricar un cable coaxial utilizable que tenga una Z 0 (impedancia característica) de 1 MΩ que coincida con la impedancia de entrada del osciloscopio.

En cambio, el cable de la sonda de alcance es un cable especial con pérdidas que minimiza los efectos de los reflejos en su longitud. También ayuda a mitigar los efectos de la propia capacitancia del cable.

Si desea utilizar un cable coaxial normal, deberá hacer coincidir las salidas de sus atenuadores con la impedancia del cable (un amplificador de búfer es el enfoque más directo) y utilizar las terminaciones de 50 Ω en las entradas del osciloscopio.

Estoy de acuerdo en que las sondas de alcance usan cable coaxial con un cable de resistencia de calibre pequeño, pero a estas frecuencias no necesita hacer coincidir el cable con el alcance, solo tenga en cuenta su capacitancia al hacer el atenuador compensado.
Gracias por la respuesta. Sin embargo, podría ser difícil agregar un amplificador de búfer a mi placa en esta etapa. ¿Qué opinas del circuito que agregué al final de mi publicación original? ¿Funcionaría mejor algo así? Salud

No tuvo en cuenta la capacitancia del cable y el cableado; aumentarán la capacitancia requerida.

Dado que necesita agregar alrededor de 20pF más allá de su cálculo, parece que las otras capacitancias agregan otros 180pF más allá de la capacitancia del alcance (9 * 20)

Editar.

Tenía las conexiones al revés en mi mente. Es la capacitancia del cable coaxial al osciloscopio el problema. RG58 es de aproximadamente 25pF/pie. Entonces, 6-7 pies de cable coaxial causarían lo que está viendo.

Puede reducir el efecto utilizando un cable más corto.

¿Qué frecuencias máximas le preocupan?

Como menciona Dave Tweed, si necesita hacer frecuencias muy altas usando un amplificador de búfer y un sistema terminado en 50 ohmios sería mejor.

Pero los relés, etc. están corriente arriba de los atenuadores; no deberían tener ningún efecto sobre el rendimiento de los atenuadores mismos. Hay un problema diferente que he señalado en mi respuesta.
Sí, leí mal el dibujo. Sin embargo, creo que el problema sigue siendo la capacitancia adicional en el lado del alcance.
Ah, ya veo, la capacitancia del cable se agrega a la capacitancia del alcance, por lo que quiero usar (capacitancia del cable + capacitancia del alcance)/9. Por alguna razón, pensé que la inductancia y la capacitancia en esos cables se equilibran de tal manera que eléctricamente parece resistivo. ¿Supongo que no? Si fuera bastante preciso entre 0 y 5 MHz, funcionaría bien para mis necesidades. ¿Cómo se podría calcular esto?
Problema con el diseño del circuito sonda 10x
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