Circuito de entrada de osciloscopio

Estoy tratando de diseñar un circuito de entrada de osciloscopio/BNC para un proyecto paralelo y aprender más sobre los filtros.

Los requisitos son:

  • 150-200 MHz -3dB de ancho de banda
  • Impedancia de 1 megaohmio
  • Opción de terminación de 50 ohmios (puedo omitir esto si causa problemas).
  • Se puede cambiar entre atenuación 2x ​​y 20x
  • Mide hasta 80 Vpk (160 Vp-p), tolera hasta 400 Vpk (800 Vp-p) (5 Vpk en modo de 50 ohmios).

Diseñé un circuito ordenado que permitía cambiar entre atenuación 2x ​​y 20x mientras mantenía una atenuación de 1 Mohm (o más o menos), como se muestra a continuación:

                499k        442k
( Input ) -----/\/\/---+---/\/\/---+----- To JFET input buffer
                       |           |
                       /           /
                  499k \           \ 49.9k
                       /           /
                       |           |
                       +---+   +---+
                           |   |     
                            \       relay to switch
                             |     attenuation 2x/20x
                            ---
                             -

(Todas las resistencias 1%).

Sin embargo, luego aprendí que los osciloscopios tienen capacitancia de entrada y no estoy seguro de cómo agregarla. Además, si quiero que la entrada tolere una oscilación de 400 Vp-p pero en el rango de entrada incorrecto (atenuación 2x ​​dejando 200 Vp-p para dañar las entradas de los JFET), no podría usar diodos ya que la capacitancia más baja que encontré fue 0.13pF para un diodo de RF, lo que me limitaría a aproximadamente 612 kHz para dos diodos (uno en cada riel, con polarización inversa).

Respuestas (3)

La capacitancia de entrada es significativa para capturar señales de contenido de alta frecuencia. Dado que está utilizando partes discretas y no está considerando parásitos de RF, este sistema estará restringido a los 100 de kHz para una precisión del 1%.

texto alternativo

El objetivo es mantener constante la atenuación y la impedancia de entrada en todo el rango de frecuencia. Suponga que Cp es 100pF, Rp es 941kΩ , Cs es 1000pF y Rs es 49kΩ (ignore el límite de ajuste por ahora) La impedancia de los capacitores variará de la siguiente manera:

  • Z C p : 1,6 GΩ a 1 Hz; 1,6 MΩ a 1 kHz; 16kΩ @ 100kHz
  • ZC adj . : 16GΩ @ 1Hz; 16MΩ @ 1kHz; 159kΩ @ 100kHz
  • Z C s : 159 GΩ a 1 Hz; 159 kΩ a 1 kHz; 1,6 kΩ a 100 kHz

Esto da como resultado el siguiente rango de impedancias:

  • Sonda Z : 940 kΩ a 1 Hz; 591 kΩ a 1 kHz; 15kΩ @ 100kHz
  • Alcance Z : 49kΩ @ 1Hz; 37kΩ @ 1kHz; 1,5 kΩ a 100 kHz
  • Entrada Z : 989kΩ @ 1Hz; 628 kΩ a 1 kHz; 16,5 kΩ a 100 kHz
  • atenuación aproximada: 20X @ 1Hz; 17X @ 1kHz; 11X @ 100kHz

Como puede ver, se requieren condensadores de ajuste para sintonizar la entrada. El problema más importante es que esto exige redes de adaptación de banda ancha . Otra opción, y que se hace además de emparejar redes en equipos profesionales, es caracterizar la impedancia de entrada y compensar irregularidades en el software. La estandarización a impedancias de 50 Ω permite la construcción de hardware de sondeo modular mientras se mantiene la coincidencia de banda ancha y la atenuación constante.

Sus requisitos para cambiar las impedancias y una entrada opcional de 50 Ω necesitarán más complicaciones. ¡Un proyecto fantástico, y ojalá pudiera participar!

Lo siento, debo estar perdiendo algo aquí. Pensé que la impedancia en un alcance era bastante plana en 1 megaohmio al BW nominal, pero ¿está diciendo que no lo es? ¿Cómo funcionan entonces las sondas 10X? Supongo que tengo que hacer algunas pruebas más. Los osciloscopios son mucho más complicados de lo que esperaba. ¡Ya debería saberlo!
Sí, las impedancias del osciloscopio son bastante planas y tienen menos capacitancia. Simplemente ingresé valores que serían típicos usando partes discretas, paquetes SMD grandes (SOT, 0805) y unos pocos cm de trazas. Cs sería ~ 20-100pF sin límites externos, pero empeoraría aún más los números. Simplemente haga los mismos cálculos nuevamente, o use barridos SPICE (incluso MATLAB ya que el circuito es simple), con diferentes valores límite hasta que obtenga aproximadamente las mismas impedancias (y atenuación) en todas las frecuencias. ¡La coincidencia de banda ancha es un poco difícil! Puede editar más un poco más tarde.
Thomas O, mire nuevamente mi respuesta en electronics.stackexchange.com/questions/8712/… . He puesto más detalles allí desde mi primera respuesta.

Para la atenuación, puede considerar mirar lo que hace una sonda. El factor es el mismo (1/10 = 2/20). Simplemente cortocircuite la resistencia y el condensador adicionales del circuito de la sonda con un interruptor, como lo hacen las sondas conmutables 1:1 y 1:10.

Quiero que se controle electrónicamente y con el mínimo coste. ¿Tiene una idea mejor? Podría usar un interruptor, pero podría ser más costoso que un relé DPST.
Antes de profundizar demasiado en la idea de usar un relé, es posible que desee verificar sus propiedades parásitas. No tengo experiencia con el uso de relés a altas frecuencias, pero por lo que he oído, los relés de RF son muy caros y bastante especiales. Sin embargo, debe ser posible usar relés, porque eso es lo que hacen los osciloscopios costosos cuando cambian la entrada entre 1 MOhm y 50 Ohm. Los interruptores CMOS también podrían funcionar.

Un gran lugar para aprender sobre esto sería de algunos manuales de servicio de alcance antiguos. Los manuales de los modelos más antiguos suelen tener esquemas completos y una explicación del principio de funcionamiento del circuito.

Por ejemplo, puede descargar el manual de servicio de tek 2232 del sitio web de tek.

Circuito de entrada de osciloscopio
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