Solicitud de revisión: sonda de osciloscopio diferencial DIY DC a 50MHz

Después de construir la cosa

Finalmente puedo responder mi propia pregunta en retrospectiva. He construido el circuito como se muestra en la pregunta, con un atenuador de 1:10.

• ¿Podría escapar sin que la impedancia coincida con ambos extremos del cable coaxial...

  Sí, pero la integridad de la señal sufre al hacerlo. La traza azul es una onda cuadrada de tiempo de subida y bajada de ~6 ns (generada por un oscilador de relajación basado en 74HC14 ) medida con una sonda pasiva estándar de 1:10. En las primeras cuatro capturas de pantalla, el rastro amarillo es la salida de la sonda diferencial de bricolaje, multiplicada por 10 por el osciloscopio, tal como se conecta en el diagrama. La última captura de pantalla es el conector SMA que está siendo probado directamente por otra sonda pasiva 1:10. El osciloscopio es un Rigol DS1052E de 50 MHz, con entradas de 1MΩ 15pF.

  

  Como se puede ver, la terminación de ambos extremos da como resultado una señal limpia sin sobreimpulso, pero con solo aproximadamente 13 MHz de ancho de banda. El tiempo de subida más rápido se logra evitando cargar el amplificador operacional, lo que indica que una impedancia de carga baja ralentiza el amplificador operacional muy severamente.

• ¿Son las fuentes de corriente BJT lo suficientemente rápidas como para hundir una constante de 5 mA ...

  Sí. Los búferes JFET y sus fuentes de corriente de polarización funcionan perfectamente en lo que respecta a la respuesta de frecuencia. El ancho de banda se ve obstaculizado por la elección del opamp.

• ¿La adición de un inductor entre la fuente de cada JFET y el colector del BJT correspondiente es una forma razonable de garantizar una corriente de drenaje constante del JFET?

  No era necesario, así que no lo intenté. Ni idea.

• ¿Qué tan cuerdo es mi diseño de PCB ...

  No tuve problemas relacionados con el diseño en sí, pero absolutamente debería haber diseñado la placa teniendo en cuenta el montaje en una caja blindada. La contracción por calor no funcionará en absoluto, el circuito de muy alta impedancia es muy susceptible a todo tipo de interferencia. Incluso moviendo mi mano debajo de la mesa en la que se asienta la sonda afecta las mediciones por acoplamiento capacitivo.

Una deficiencia imprevista con mi diseño es la incapacidad de corregir el voltaje de compensación de salida. Resulta que los JFET son copos de nieve únicos: el voltaje de umbral puede variar en varios cientos de milivoltios, incluso en transistores del mismo lote. Cuando construí la sonda por primera vez, emitía +600 mV con las sondas en cortocircuito. Dessoldé los JFET, probé todo lo que había en mi caja de piezas y soldé los dos que mejor coincidían con la placa. Ahora el desplazamiento es un +30mV más pequeño, pero aún significativo. Las revisiones futuras deberían tener un mecanismo para compensar este voltaje de compensación con un potenciómetro.

Otro problema es el rango de voltaje de entrada. Los voltajes negativos se manejan linealmente hasta -30 V e inferiores, pero los voltajes positivos por encima de +6 V (atenuados a +0,6 V) inducen gradualmente más y más distorsión. Esto es causado por la saturación de los seguidores de la fuente JFET cuando golpean el riel de suministro positivo, exacerbado por el voltaje de umbral de drenaje de puerta de -2.1 V, lo que significa que una entrada de 0 V ya provoca una salida de +2.1 V.
La solución adecuada es sesgar los atenuadores a -2,1 V en lugar de a tierra.

Has hecho un gran trabajo aquí.

Pero las partes que ha elegido posiblemente no cumplan con sus especificaciones.

¿Tiene alguna especificación de diseño?
Paso % de sobreimpulso (en cable terminado con 50R), error de ganancia 0~50MHz, compensación de CC, Pwr, ¿interruptor de encendido/apagado? ¿Nivel de protección ESD? ¿Pines de cortocircuito para almacenamiento?

¿Cree que los diodos BAS serán lo suficientemente rápidos para proteger los FET de ESD con conexión directa? Recuerdo que en los años 80, muchos EE jóvenes soplaron los FET frontales en Tek FET Buffered Diff Probes que explotaron con 25V. Agregaría la serie R para limitar la corriente a la entrada y reemplazar los BAV99 con diodos ESD de TI. 0,5 pF TPD1E04U04. Los diodos deben conducir más rápido que los FET para protegerlos y la ESD puede ser decenas de amperios por picosegundos.

Podría haber considerado el kit de evaluación para el diseño del AD8001 .

16 En stock para entrega GRATUITA al siguiente día laborable £ 8.04 De RS Electronics

Especificaciones: capacitancia de entrada de 1.5pF 800 MHz GBW, PSRR >50dB

Elija la ganancia x1 x10 con la selección de ganancia integrada.
Utilice preferentemente un cable de 50 ohmios y un terminador de 50 ohmios para un ancho de banda completo de 800 MHz a 80 MHz.

Utilice el diseño mecánico Tektronics Diff Fet Probe para los pines de la sonda. Aunque los modelos Tek más nuevos comienzan en $ 6k, operan en rangos de hasta x GHz. Pero para los cables de soldadura portátiles y desechables, considere sus sondas.

Dado que es un chip de realimentación de corriente, la impedancia de entrada no es convencional
+Entrada 10 MΩ
–Entrada 50 Ω