Voortbouwend op de differentiële probe met TL081 wilde ik een differentiële probe met meer bandbreedte. De LMH6702 die in de probe van wingel wordt gebruikt leek me wel een leuke snelle en relatief goedkope opamp1. Dus ik heb op basis daarvan een ontwerpje gemaakt, gebruik makend van dezelfde bronnen als de vorige keer. Dit keer heb ik een printje gemaakt, dat direct in de behuizing past. Ontwerp en gerbers beschikbaar voor wie ‘m zou willen nabouwen2.
In een simulator heb ik wat geëxperimenteerd met verschillende ingangsdelers en frequentiecompensatiecondensators (‘speedup capacitor’). Het simulatiebestand is hier te vinden en enkele screenshots staan hieronder.
Er ook in in de echte wereld eens mee spelen was een goede reden om een kleine collectie pf-waarden condensatortjes en 0.1% tolerantie weerstandjes aan te leggen.
De ingangsdeler etc. zit gesoldeerd met lage temperatuur soldeerpasta3, zodat deze onderdelen indien nodig te wisselen zijn zonder ze al te sterk te hoeven verhitten. Ik gebruik daarvoor mijn heteluchtstation.
Behalve meten mét een differentiële probe, kun je ook meten áán een differentiële probe. Op de foto’s hieronder de ‘Delay Time’ meting. Het signaal van de functiegenerator dat aan de ingang van de probe wordt aangeboden is afgesloten met “50 Ω” 45.
Zo zijn de prestaties van de probe nagemeten, en dat resulteerde in deze tabel:
| Overzetverhouding | 1:200 |
| Onnauwkeurigheid overzetverhouding | 0,2 % (in 20,03 V uit 0,100 V ; in 10.02 V uit 0,050 V) |
| Maximale ingangsspanning | 400 Vpp6 differentieel. 200 Vpp common mode7. |
| Bandbreedte8 | > 30 MHz 9 |
| Offset | regelbaar, < 0.5 mVpp |
| Uitgangsspanning bij kortgesloten ingang (ruis) | < 1mVpp |
| Delay time10 | 16 ns |
| Rise time11 | 18 ns gemeten bij een ingangssignaal van 15 ns. Dus eigenlijk 9.31 ns 12 |
| Ingangsimpedantie | 8,08 MΩ + 1 pF13 |
| Uitgangsimpedantie | 50 Ω |
| Maximale uitgangsspanning | 3,2 V (positief of negatief) |
| Voedingsspanning | 5 V14 |
| Opgenomen vermogen uit voeding15 | 485 mW |
| CMRR bij 50 Hz | -39 dBV |
| CMRR bij 20 kHz | -38 dBV |
| CMRR bij 1 MHz | -36 dBV |
De CMRR lijkt vrij beroerd, hopelijk ligt dat aan mijn meetopstelling en niet aan de probe zelf: Ik heb met mijn functiegenerator een sinus van 20 Vpp en de genoemde frequenties aangeboden aan beide ingangen van de diffprobe samengenomen, met de mantel van de uitgangs-BNC als retouraansluiting, en vervolgens gemeten welke spanning dat op de uitgang van de diffprobe veroorzaakte. Kabellengte en capacitieve koppeling etc. kan een rol spelen. Maar het is hooguit beter dan gemeten, het zal niet slechter zijn.
Nu is het wachten op een meting waar ik een differentiële probe voor nodig heb, zodat de probe in de praktijk ingezet kan worden.
Voetnootjes:
- Meer afweging zat er niet achter, dus er zijn ongetwijfeld betere keuzes mogelijk. Laat gerust een comment achter met suggesties. De bandbreedte mag gerust kleiner, de input biasstroom eigenlijk ook ;). ↩︎
- Je kunt me ook vragen of ik nog kale printjes over heb. Maar misschien wil je dingen aanpassen. ↩︎
- Chipquik TS391LT ↩︎
- Door een 47 Ohm weerstand tussen de aansluitingen te frunniken ↩︎
- Alleen staat de functiegenerator nog op HighZ en duid die dus 5 Vpp aan waar het nu 2.5 Vpp is. Maar het signaal netjes afsluiten maakte de flank wel stijler, en het helpt tegen reflecties. ↩︎
- Op basis van maximale uitgangsspanning en overzetverhouding zou het 200*3,2=640V zijn, maar de condensatortjes over de weerstanden in de deler zijn 50 V typen. ↩︎
- Vanwege de 50 V condensatortjes: maximaal 200V tussen GND en 1 van beide ingangen. ↩︎
- Lastig rechtstreeks te bepalen: mijn functiegenerator gaat tot 30 MHz en daar houdt de probe nog niet op. ↩︎
- Ja, met een dergelijk snelle opamp zou dat beter moeten kunnen. Maar ten opzichte van de vorige poging zit er vooruitgang in 🙂 ↩︎
- Gemeten tijd tussen ingangspuls en uitgangspuls. Ik koos ervoor bij 50% van de opgaande flank te meten (‘nuldoorgang van -2.5 naar +2.5V’), omdat dat makkelijker te zien is dan het begin van de flank. ↩︎
- Gemeten ristetime van het uitgangssignaal bij een 1 MHz ingangssignaal met een risetime van 15 ns ↩︎
- De 100Mhz oscillopscope heeft 3.5 ns, de functiegenerator 15 ns, dus √(18^2-3.5^2-15^2)=9.31 ns zou dan de “echte” stijgtijd zijn. 9.31 ns risetime komt neer op 350/9.31=37.6 MHz bandbreedte. ↩︎
- Ongeveer 1pf: 4x 3.3pF in serie met maximaal 132 pF voor 1 tak van de deler = 0.8pF. Dus dubbel dat voor common mode (1.6p), en half dat voor differential mode(0.4p). Maar de print zelf zal ook capaciteit toevoegen. ↩︎
- Intern omgezet in +/- 5V symmetrisch, mbv. Murata MEA1D0505SC ↩︎
- Opgenomen stroom uit ingaande 5V voeding is gemeten en omgerekend. Bij de meting is niks aangesloten op de differentiële probe (anders dan de voeding) ↩︎
Leave a Reply