Pasivní sonda PP066

Sondy pro napěťové sběrnice (Transmission line), jsou speciální typ pasivní sondy určené pro použití na velmi vysokých frekvencích.

Nahrazují kabel sondy s vysokou impedancí, který se nachází v tradiční pasivní sondě, přesným přenosovým vlnovodem s charakteristickou impedancí, která odpovídá vstupu osciloskopu (50 Ω). To výrazně snižuje kapacitu vstupu na zlomek pikofaradu a minimalizuje zatěžování vysokofrekvenčních signálů. I když mají nižší vstupní odpor stejnosměrného proudu než tradiční pasivní sondy (obvykle 500 Ω až 5 k Ω), vstupní impedance těchto sond zůstává téměř konstantní po celý dobu jejich frekvenčního rozsahu. Tradiční pasivní sonda ÷10 bude mít vstupní impedanci 10 MW na DC, ale tato impedance rychle klesá s frekvencí a prochází pod vstupní impedancí sondy přenosového vedení při méně než 100 MHz.

V některých aplikacích nabízejí sondy pro napěťové sběrnice výhody oproti aktivním sondám. Kromě toho, že jsou levnější, je jejich pasivní konstrukce robustnější vůči přepětí a expozici ESD. Jsou užitečné v aplikacích produkujících rychle rostoucí úzké impulsy s amplitudami, které přesahují dynamický rozsah aktivních sond. Mají také tendenci mít méně parazitárních účinků na frekvenční odezvu. Sonda s vysokým BW přenosovým potrubím, která řídí odběrný osciloskop, může být použita jako "zlatý standard" v situacích, kdy je zpochybněna odezva aktivního měření sondy.

Použití sondy pro měření na napěťových sběrnicích

PP066 je vysokofrekvenční pasivní sonda určená pro použití s řadou Teledyne LeCroy WaveMaster a dalších vysokofrekvenčních osciloskopech které mají 50 Ω vstup. Tato velmi nízko kapacitní sonda poskytuje vynikající řešení pro aplikace s vyšší frekvencí, zejména sondování přenosových vedení s impedancí 20–100 Ω.

Flexibilita

Zaměnitelné hroty s různými hodnotami útlumu poskytují uživateli výběr vstupních odporů a citlivostí. Připojení kabelu sondy je standardní SMA. Sondy PP066 jsou vhodné pro širokou škálu konstrukčních aplikací, včetně sondování analogových a digitálních IC, které se běžně nacházejí v počítači, komunikaci, ukládání dat a dalších vysokorychlostních konstrukcích.

Integrita signálu při vysoké šířce pásma

Při měření velmi vysokých frekvencí je klíčem k zachování integrity signálu použití sondy s nízkou vstupní kapacitou. Aktivní sonda s kapacitancí 1 pf, i přes nominálně vysokou impedanci, zatíží signál 1 GHz s kapacitní reaktancí 159 ohmů (X = 1/2πfC). PP066 zachovává vysokofrekvenční složky signálů a zachovává správný tvar signálu i pro velmi rychlé hrany.

SONDOVÁNÍ VYSOKORYCHLOSTNÍCH SIGNÁLŮ

Přesné měření digitálních průběhů pomocí osciloskopů je stále náročnější, protože rychlost hran se zvyšuje. Často je propojení zkušebního obvodu s osciloskopem nejtěžší částí problému. Návrháři často vybírají aktivní sondu jako nástroj volby pro tuto úlohu. V mnoha situacích však méně známý typ pasivní sondy může poskytovat lepší výkon za nižší cenu.

Sondování jakéhokoli obvodu za účelem provedení měření změní jeho provoz.

To je často případ měření průběhů s vysokofrekvenčním obsahem. I extrémně malé parazitické prvky přidané do obvodu sondy mohou výrazně deformovat měřený signál.

Zatížení obvodu sondou je obvykle nejvýznamnějším faktorem, který přispívá k deformaci průběhů. Jakýkoli signál reálného napětí lze reprezentovat jako ekvivalentní model. Například Théveninově modelu je obvod reprezentovaný jako ideální zdroj napětí s řadou impedancí mezi ním a zkušebním bodem, kde je sonda připojena. Impedance sondy k zemi vytváří dělič napětí, který ztlumí měřený signál. Pokud by impedance byly čistě odporové, mohl by být tento účinek snadno kompenzován použitím skalárního multiplikátoru na měřenou amplitudu průběhů. Reaktivní části zdrojové impedance obvodu a měřicí sonda však vytvářejí útlum závislý na frekvenci, který nelze účinně dokompenzovat. Jak se zvyšuje frekvenční obsah měřeného signálu, i ta nejméně pravděpodobná parazitární kapacita a indukčnost způsobí významný útlum, což výrazně zkreslí vzhled měřeného průběhu signálu.

Vezměme si příklad, kdy zkoumáme rychlý digitální signál s přechodovým časem 1 ns pomocí vysoce kvalitní pasivní sondy. Vstupní impedance těchto sond je obecně 1 MΩ paralelně s asi 10 pF. Pokud je impedance zdroje zkoušeného obvodu 30 Ω, 1 MΩ odporová součást sondy nevytváří prakticky žádný DC útlum. Účinek kapacity je však velmi významný. Použití základního pravidla k převádění doby náběhu na frekvenci, odpovídá 1 ns doby náběhu přibližně 350 MHz. Kapacitní reaktance 10 pF při 350 MHz je 45 Ω. Takže během přechodu 1 ns by impedance v dolní části děliče napětí byla 45 Ω spíše než 1 MΩ, což by zeslabilo signál přibližně o 40%.

Vzhledem k tomu, že obvykle nemůžeme tolerovat měření, která zahrnují 40% nebo větší chybu, snažíme se často použít raději aktivní sondu k měření vysokorychlostních signálů. Typický vstup kapacity 1 pF pro aktivní sondu představuje desetinásobné zlepšení oproti vysoce kvalitní standartní pasivní sondě.

Nicméně i při 1pF může aktivní sonda představovat příliš velkou zátěž ve velmi rychlých obvodech. Při 3,5 GHz zatíží aktivní sonda kapacitancí 1 pf signál se stejnou kapacitní reaktanci 45 Ω jako pasivní sonda a10 pf při 350 MHz.

V mnoha aplikacích poskytne relativně neznámý typ pasivní sondy lepší výkon než aktivní sonda za podstatně nižší cenu.

Tyto sondy jsou známy pod několika názvy transmisivní, nízko kapacitní sonda, nízko impedanční ... atd.  

Bez ohledu na to, jak se nazývají, všechny pracují podle stejného principu. V těchto sondách se místo kabelu sondy používá přenosové vedení o impedanci Ω 50. Namísto nastavení vstupu osciloskopu na 1 MΩ vyžaduje sonda, aby byl vstup osciloskopu nastaven na 50 Ω. Přidáním odporu do hrotu přenosového vedení se zvýší vstupní DC odpor pro snížení stejnosměrného zatížení měřeného obvodu.

V určeném provozním rozsahu frekvencí se vstupní impedance přenosového vedení jeví jako čistě odporová, v tomto případě 50 Ω. Bez kapacitní složky v dolní části atenuátoru není nutná žádná posunovací kapacita ke kompenzaci děliče.
Teoreticky by taková sonda měla nulovou kapacitu vstupu; Reálné sondy mají malou, avšak nenulovou kapacitu, která je výsledkem blízkosti zemního propojení ve vztahu ke hrotu sondy. Kapacita je však velmi nízká, často 0,2 pf nebo méně.

Jedinou možnou nevýhodou takové sondy je nižší vstupní odpor. Sonda ÷10 má vstupní odpor 500 Ω a sonda ÷20 má 1 kΩ. Tento nízký vstupní odpor je důvodem, proč se mnoho návrhářů v minulosti vyhýbalo jejich použití. Se zvyšující se rychlostí moderních digitálních systémů si sonda přenosového vedení zaslouží vážnou pozornost. Většina moderních vysokorychlostních digitálních obvodů není ovlivněna odporem. Výkyvy napětí bývají nižší a IC mohou řídit nižší impedanční zatížení. Zatížení 1 KΩ nebude nepříznivě ovlivňovat provoz sběrnice přenosových vedení, které se v moderních digitálních systémech stávají běžnými.

Jedna věc, které si všimnete, když otevřete balíček jedné z těchto sond, je relativní nedostatek příslušenství pro připojení sond. Existuje pro to praktický důvod. Chcete-li ocenit vysoký výkon pro velkou šířku pásma, který tyto sondy mohou nabídnout, je nesmírně důležité vyhnout se zavádění parazitických reaktivních prvků do vstupních připojení. Pokud opravdu potřebujete sondovat obvody s rychlými hranami, vyvarujte se používání sond s 10 cm zemnícími vodiči a připojování miniaturních svorek před hrot sondy. Tyto praktiky budou mít zničující účinky na věrnost průběhů a mohou případně změnit provoz obvodu. 
Tím, že poskytuje jednoduché, ale elegantní řešení pro zkoumání vysokofrekvenčních signálů, si kapacitní přenosová sonda Teledyne LeCroy zachovává věrnost signálu a umožňuje testovacímu zařízení s vysokou šířkou pásma správně měřit vlastnosti obvodu.

Pokud budete mít o tuto sondu zájem nebo potřebujete více informací. Můžete nás formulářem níže kontaktovat.

Dokumenty ke stažení