Sonda passiva de alta velocidade - contradição entre autores ou diferentes pontos de vista?

Em um documento, Hiscocks et al. descreve alguns conceitos básicos da teoria da sonda do osciloscópio. O documento é muito compreensível e parece coerente. Observe, em particular, que para ele, o bandido é a capacitância paralela do cabo coaxial e do osciloscópio que deve ser compensado adicionando uma capacitância paralela à ponta da sonda (assim, a capacitância da ponta é aumentada).

Então vem d. Smith com seu método para construir uma sonda passiva de 1 GHz. Primeiro, não está totalmente claro por que ele termina sua sonda com uma resistência de 50 ohm: para evitar reflexos, não é suficiente que um lado da sonda (que é o lado do osciloscópio) seja finalizado com uma resistência de 50 ohm? Eu presumo que este é matar ainda mais as reflexões. Que assim seja. Mas o que é estranho para mim é que ele não leva em consideração a capacitância do cabo, nem a capacitância do osciloscópio. Em particular, para ele, o animal que precisa ser morto é a capacitância da ponta (então ele aumentaa capacitância paralela do cabo), o inverso exato do que diz Hiscoks no documento acima. Se esse homem fosse um novato, eu diria que ele não entende por que sua sonda funciona e que ele realmente aumenta a capacitância da ponta com sua folha de cobre. Mas ei! esse homem é um guru de sondas que publicou vários artigos em diferentes periódicos.

E agora o melhor dos melhores, The Art of Electronics , 12,2 p. 808: fazer uma sonda passiva de alta velocidade? muito simples:

... e faça você mesmo conectando um resistor em série (gostamos de 950 ohm) a um comprimento de cabo coaxial fino de 50 ohm (gostamos de RG-178); você solda temporariamente a blindagem coaxial em um terreno próximo, conecte a outra extremidade ao osciloscópio (definido para entrada de 50 ohm) e voila - uma sonda de 20 x de alta velocidade !.

Se meu entendimento estiver correto, o resistor de 950 ohm com a impedância característica do cabo de 50 ohms cria um divisor de resistor de 1:20 (até agora OK), mas e a compensação da sonda etc.? uh!

Alguém pode me dizer o que está acontecendo?

Para sondas de 100 MHz e mais lentas, o comprimento de onda dos sinais em questão é longo o suficiente para que o cabo não atue realmente como uma linha de transmissão e a ponta da sonda praticamente 'veja' diretamente a impedância de entrada do osciloscópio. Além disso, a impedância da sonda e a impedância de entrada do osciloscópio não correspondem à impedância característica do cabo. Nesse caso, a capacitância é realmente a principal coisa que precisa ser controlada e compensada. Isso é descrito em Hiscocks et al. documento.

Em altas frequências, o cabo age como uma linha de transmissão e a ponta da sonda não vê diretamente a impedância de entrada do osciloscópio. Em vez disso, a ponta da sonda vê a impedância característica do cabo. Normalmente, para sondas de alta frequência, são usadas técnicas padrão de projeto de RF de 50 ohm. Tudo corresponde a 50 ohms - tanto na entrada do osciloscópio quanto na ponta da sonda.

Quanto à diferença entre d. Smith e a arte da eletrônica, eles estão basicamente tentando fazer mais ou menos a mesma coisa. d. smith adiciona uma resistência paralela ao terra para formar um lado de um divisor de tensão para produzir uma sonda ~ 40: 1. Essa resistência de 50 ohms aparece em paralelo com o cabo de 50 ohms para uma resistência equivalente a 25 ohms. Isso forma um divisor de tensão com o resistor de 976 ohm. Aparentemente, a capacitância da ponta de sua sonda é alta o suficiente para que uma compensação extra fosse necessária para obter uma resposta de frequência plana. Observe que esse resistor não é realmente necessário como um resistor de terminação - presumindo que a outra extremidade da linha (no escopo) seja adequadamente terminada em 50 ohms, então não deve haver reflexos retornando pelo cabo que possam refletir uma incompatibilidade de impedância na cabeça da sonda.

A arte do design eletrônico faz a mesma coisa, mas apenas usa a impedância característica do cabo como um lado do divisor de tensão. Em combinação com um resistor da série de 950 ohm, isso produz uma sonda 20: 1. Provavelmente, isso funciona 'suficientemente bem' até frequências razoavelmente altas sem compensação adicional se o resistor correto for usado, mas presumo que você poderia fazer um pouco melhor se adicionar um capacitor de tamanho adequado à terra entre o resistor de 950 ohm e o cabo coaxial . A atenuação da arte do design eletrônico também é menor que a d. smith design, o que provavelmente torna a incompatibilidade na capacitância menos um problema. Em geral, acho que a arte do design eletrônico é realmente uma técnica rápida e suja que funciona bem o suficiente para depuração, mas poderia ser aprimorada se for necessária mais precisão.

De fato, o documento Hiscocks é bastante claro: resistência da série 9 M na sonda, 1 M à terra no escopo. Adicione capacitores em paralelo para que, para altas frequências, a proporção 10: 1 seja mantida. Tudo isso faz sentido.

Uma boa sonda 10: 1 feita dessa maneira pode atingir 300 MHz de largura de banda, acredito.

As outras soluções tentam obter um maior BW (largura de banda). Então, a primeira limitação da qual precisamos nos livrar (em comparação com a sonda padrão 10: 1) é o cabo da sonda. O cabo usado para sondas 10: 1 é o fator limitante para o BW. Precisamos usar um cabo BW alto e esses têm quase sempre uma impedância característica de 50 ohms, como o RG-178. Para poder usar esse BW, esse comprimento de cabo deve ser terminado em ambos os lados com 50 ohms. Isso faz do cabo uma linha de transmissão .

D. Smith e a Arts of Electronics usam essa linha de transmissão como base. Observe que o resistor de terminação de 50 ohm geralmente fica dentro do osciloscópio (você precisa alterar uma configuração no osciloscópio); se ele não tiver essa configuração, você deverá adicionar o 50 ohm de alguma forma.

Para acoplar nessa linha de transmissão de 50 ohms, ambos usam um resistor com um capacitor opcional. As Artes da Eletrônica aparentemente já estão felizes com o BW que recebem. Observe como eles falam principalmente sobre os sinais digitais terem uma boa forma!

Além disso, como a linha de transmissão se comporta como uma impedância de 50 ohms sem muita capacitância, você não "veria" toda a capacitância do RG-178 na entrada. Portanto, você precisaria apenas de uma capacitância muito pequena no resistor de 950 ohm para obter a compensação de frequência adequada.

A compensação da sonda é necessária quando você tem um escopo com impedância de 1 megaohm

Quando o osciloscópio e a impedância do cabo coincidem, não há nada para compensar. O cabo é uma linha de transmissão e a indutância do cabo cancela o efeito de sua capacitância.

A razão pela qual a maioria dos osciloscópios não possui sondas de 50 ohm é que ela carrega uma carga significativa no circuito que está sendo medido, e seria necessário cuidado para não causar operação indesejada apenas conectando a sonda. com uma sonda de alta impedância, você pode sondar o circuito com menos perturbações.

Smith termina as duas extremidades de seu cabo coaxial. Não sei ao certo o que ele está recebendo disso, e depois precisa compensar a capacitância de sua terminação, não tenho certeza de que ele esteja ganhando alguma coisa.

A Arte da Eletrônica, foi revisada por muitos especialistas e é bem vista