¿Es este un buen diseño y disposición de una sonda de alcance diferencial activa?

Esta pregunta es una extensión de la sonda de alcance diferencial de Homebrew . Sin embargo, pensé que debería hacer de esta una nueva pregunta.

Necesito medir una señal LVDS de 100 Mb/s para verificar su integridad. Intentaré conseguir un osciloscopio con un ancho de banda de 600 MHz, pero necesito una sonda diferencial y no puedo permitirme una de verdad. Así que he diseñado una solución utilizando el amplificador operacional de retroalimentación de corriente THS3201DBVT de 1,8 GHz .

Este es mi primer diseño que usa un amplificador de retroalimentación actual y mi primer diseño de gran ancho de banda. Estaría muy agradecido por cualquier comentario (juego de palabras, lo siento).

Esquema de sonda diferencial

Representación de sonda diferencial

Capas de sonda diferencial

Agregado: gracias a The Photon por sugerir quitar el plano de tierra debajo de los pines de entrada de los amplificadores operacionales. Aquí está la capa justo debajo de la capa superior, mostrando los nuevos recortes. Lo mismo se ha hecho con las otras capas también.Menor capacitancia.

Los amplificadores de búfer de entrada probablemente deberían conectarse con retroalimentación negativa en lugar de retroalimentación positiva.
Ejem, ejem, sí. Detecta el error deliberado para comprobar quién está prestando atención...
OK, arreglé el esquema.
este es un proyecto interesante, gracias por publicar. ¿Lograste construirlo? ¿Funciona? Gerry
Una resistencia en serie de 50 ohmios que coincida con la impedancia coaxial de 50 ohmios que también debería coincidir con la impedancia de entrada de 50 ohmios del osciloscopio sería buena. Esto proporciona una reducción de 2:1, pero eliminará el zumbido, etc. Además, muchos amplificadores operacionales no pueden manejar una gran carga capacitiva. Use RG-174 ya que es pequeño y flexible.
@Rocketmagnet: ¿Alguna vez ha terminado y probado este proyecto?
@Rev1.0 - Sí. Lo hice funcionar, pero es difícil saber exactamente qué tan bien funcionó, porque no sé exactamente cómo se ve la señal original.

Respuestas (4)

Una regla de diseño clásica para los amplificadores operacionales de alta velocidad es eliminar los planos de alimentación y tierra debajo de las redes conectadas a los pines de entrada. Encontrará esto como el primer punto en la sección de diseño de PCB de la hoja de datos para su amplificador operacional.

Eso significa, básicamente, eliminar todo el cobre de las capas planas debajo de cualquier cobre que esté conectado a los pines 3 o 4 de sus amplificadores.

En la práctica, probablemente también signifique mover R1 y R2 más cerca de los pines de entrada para minimizar el tamaño del vacío que cortará en las capas planas.

Esto tiene varios beneficios:

  1. Reduzca la capacitancia de entrada de su circuito.

  2. Minimice las ondas en las redes de alimentación y tierra que se acoplan a las entradas de su circuito.

  3. Mejore la estabilidad de su circuito porque algunas de esas ondas de potencia/tierra pueden ser causadas por el consumo de corriente variable de la etapa de salida del amplificador, lo que resulta en una retroalimentación no deseada.

Otra preocupación es con sus condensadores de desacoplamiento. Cuando usa varios capacitores de desacoplamiento, si sus valores son diferentes en más de 1 década (tiene un factor de 1000 entre 100 pF y 100 nF), puede resultar en una antirresonancia en alguna frecuencia entre las frecuencias de resonancia de los dos capacitores. . Esto da como resultado una impedancia de suministro de energía excepcionalmente alta en la frecuencia antirresonante. Esto se ha discutido, vagamente, por aquí varias veces recientemente, y también está documentado en un manual de aplicación de Murata . Aconsejaría cambiar su condensador de desacoplamiento más pequeño a 10 nF.

Gracias Fotón. Sí, me preguntaba sobre el plano de tierra. Haré el cambio. Acerca de los condensadores: 100pF y 100nF se muestran en los esquemas de la página 16. También leí la nota de la aplicación Murata, pero no estaba seguro de a quién creer, así que opté por la sugerencia de la hoja de datos.
De todos modos, el valor del condensador es fácil de cambiar más tarde si tiene un problema... al menos sabe que debe estar atento.
¿Cómo reconoceré la antirresonancia?
Algún tipo de mal comportamiento en una frecuencia específica, probablemente entre 10 y 100 MHz, como una respuesta baja, oscilación o zumbido.
También valdría la pena mirar el espectro de ruido cuando no tiene nada conectado a la sonda. Si ve un pico en el rango de 10 a 100 MHz, podría sospechar que hay un problema con el capacitor.
OK, he hecho el cambio a los aviones.

No tiene desacoplamiento masivo para tierra. Conecte el centro de CP1 y CP2 a tierra.

Su señal de entrada está entre 0 y +3.3V. Entonces no es necesario el riel -6 V, al menos en este caso. Sin embargo, eso lo convertiría en una sonda más general.

OK, eso está arreglado ahora.
Lo hice +-6v para dar algo de margen a los amplificadores operacionales. ¿No prefieren eso?

Una resistencia en serie (50 ohmios) es una buena idea. El alcance también debe configurarse para 50 ohmios. La traza de alcance resultante será 1/2 valor, pero la terminación es crítica para señales de alta velocidad.

También recomendaría un límite pequeño (10-47pF) en cada una de las resistencias de retroalimentación para mejorar la estabilidad. Esto tendrá un efecto en la respuesta de frecuencia, así que verifíquelo con lo que planea medir. Utilice Tina-TI para simular la respuesta.

¿Esto realmente requiere 4 capas?

Me parece que lo único que usa +/- 6V son los amplificadores operacionales.

Es posible que pueda reducir significativamente el costo al usar una placa de 2 capas, pero podría afectar la integridad de su señal (lo que anula el propósito del diseño).

Espero que alguien se sume a este punto...

Posiblemente no, pero es único y va con un lote de otras placas de 4 capas. Así que el costo no es un problema.
¿Es este un buen diseño y disposición de una sonda de alcance diferencial activa?
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