Problem mit Schaltungsdesign 10x-Sonde

Ich habe ein Board entworfen, um 16 Eingänge mit Relais in ein 4-Kanal-Oszilloskop zu muxen. Ich habe auch eine Schaltung eingebaut, um eine 10x-Sonde auf der Platine zu replizieren. Das heißt, ich habe einen 9-M-Ohm-Widerstand parallel zu einer variablen 1,4-pF-Kappe platziert. Diese Werte stammen aus einem Verhältnis von 9:1 mit dem internen 1-MΩ-Widerstand des Oszilloskops und einer 13-pF-Kappe. Von dort verbindet ein BNC-Kabel die Platine und das Oszilloskop.

Hier ist ein Schema:

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PV1, PG1, PI1, PV2, PG2, PI2 sind alle an 4 separate normalerweise offene Relaiskontakte angeschlossen.

Als ich die Kondensatoren auf eine 1-kHz-Rechteckwelle abstimmte, war die Welle völlig verzerrt und kein Kappenwert von 0,9 pF bis 9 pF würde sie beheben. Zu meiner Überraschung stellte ich fest, dass die Welle beim oberen Wert (etwa 10 pF) am besten aussah, anstatt bei etwa 1,4 pF, wie ich erwartet hatte. Ich habe sie aus Neugier durch eine 22pF-Kappe ersetzt und die Rechteckwelle sah um einiges besser aus - nicht perfekt - hat aber auch einen leichten DC-Offset.

Irgendwelche Ideen, was hier los ist? Liegt das Problem am BNC-Kabel oder eventuell an der Induktivität/Kapazität der Schaltung. Wie hätte ich das überhaupt gestalten sollen?

FYI: Es gibt keine Grundebene, da jede leicht unterschiedliche Gründe hat. Außerdem habe ich die Rechteckwelle direkt auf die Kappe injiziert, wobei die Masse mit der BNC-Masse verbunden ist. Ich bekomme das gleiche Ergebnis, wenn ich von woanders injiziere.

Hier sind einige Wellenformen auf dem Oszilloskop. Von oben nach unten: Keine Kappe installiert, etwa 10 pF und unten 22 pF.

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Vergleichen Sie auch das Signal mit der ursprünglichen Rechteckwelle.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Update: Danke für die Antworten. Jemand schlug mir vor, eine Schaltung wie die folgende zu verwenden, um eine 100x-Sonde zu erstellen. Würde das besser funktionieren?

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Vielleicht haben Sie das schon gesehen, aber wenn nicht, schauen Sie sich Folgendes an: youtube.com/watch?v=OiAmER1OJh4 Was Sie in Ihrem Fall wahrscheinlich stört, ist, dass die Verbindung von der Sonde zum Oszilloskop keine Übertragungsleitung ist und/oder es ist, aber es könnte nicht richtig beendet werden.
Meine Freude, selbst nach 25 Jahren Arbeit mit Oszilloskopen habe ich etwas aus diesem Video gelernt :-)

Antworten (2)

Was Sie vermissen, ist die Tatsache, dass das Kabel an einer Oszilloskopsonde KEIN gewöhnliches verlustarmes Koaxialkabel ist, hauptsächlich weil es schwierig wäre, ein verwendbares Stück Koaxialkabel mit einer Z 0 (charakteristische Impedanz) von 1 MΩ herzustellen der Eingangsimpedanz des Oszilloskops entsprechen.

Stattdessen ist das Oszilloskopsondenkabel ein spezielles verlustbehaftetes Kabel, das die Auswirkungen von Reflexionen über seine Länge minimiert. Es hilft auch, die Auswirkungen der eigenen Kapazität des Kabels abzuschwächen.

Wenn Sie normales Koaxialkabel verwenden möchten, müssen Sie die Ausgänge Ihrer Dämpfungsglieder an die Impedanz des Kabels anpassen (ein Pufferverstärker ist der direkteste Ansatz) und die 50-Ω-Abschlüsse an den Eingängen des Oszilloskops verwenden.

Ich stimme zu, dass Oszilloskopsonden Koaxialkabel mit einem kleinen Widerstandsdraht verwenden, aber bei diesen Frequenzen müssen Sie das Kabel nicht an das Oszilloskop anpassen - berücksichtigen Sie einfach seine Kapazität bei der Herstellung des kompensierten Dämpfungsglieds.
Danke für die Antwort. Es könnte jedoch schwierig sein, meinem Board zu diesem Zeitpunkt einen Pufferverstärker hinzuzufügen. Was halten Sie von der Schaltung, die ich am Ende meines ursprünglichen Beitrags hinzugefügt habe. Würde so etwas besser funktionieren? Beifall

Sie haben die Kapazität des Kabels und der Verkabelung nicht berücksichtigt - sie erhöhen die erforderliche Kapazität.

Da Sie über Ihre Berechnung hinaus etwa 20 pF hinzufügen müssen, sieht es so aus, als würden die anderen Kapazitäten weitere 180 pF über die Kapazität des Oszilloskops hinaus hinzufügen (9 * 20).

Bearbeiten.

Ich hatte die Verbindungen rückwärts in meinem Kopf. Das Problem ist die Kapazität des Koaxialkabels zum Oszilloskop. RG58 liegt bei etwa 25 pF/Fuß. 6-7 Fuß Koaxialkabel würden also das verursachen, was Sie sehen.

Sie können den Effekt verringern, indem Sie ein kürzeres Kabel verwenden.

Um welche maximalen Frequenzen geht es Ihnen?

Wie Dave Tweed erwähnt, wenn Sie sehr hohe Frequenzen mit einem Pufferverstärker machen müssen, wäre ein 50-Ohm-terminiertes System besser.

Aber die Relais usw. sind den Dämpfungsgliedern vorgeschaltet - sie sollten keinen Einfluss auf die Leistung der Dämpfungsglieder selbst haben. Es gibt ein anderes Problem, auf das ich in meiner Antwort hingewiesen habe.
Ja, ich habe die Zeichnung falsch gelesen. Ich denke jedoch, dass es immer noch die zusätzliche Kapazität auf der Oszilloskopseite ist, die das Problem darstellt.
Ah, ich verstehe, die Kabelkapazität wird zur Oszilloskopkapazität addiert, also möchte ich (Kabelkapazität + Oszilloskopkapazität) / 9 verwenden. Aus irgendeinem Grund dachte ich, dass sich die Induktivität und Kapazität in diesen Kabeln so ausgleichen, dass sie sich elektrisch ausgleichen sieht widerständig aus. Ich denke nicht? Wenn es zwischen 0 und 5 MHz ziemlich genau wäre, würde das für meine Bedürfnisse gut funktionieren. Wie könnte man das berechnen?
Problem mit Schaltungsdesign 10x-Sonde
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