SamsPcbGuide, часть 8: Как получить правильную осциллограмму

    Наверно, все умеют пользоваться осциллографом. Это очень легко – цепляешь «крокодил» к земле, остриё щупа – в необходимую точку измерения, регулируешь масштаб по вертикальной и горизонтальной осям и получаешь временную развёртку напряжения в этой точке. Да, так можно делать, но только если учитывать ряд факторов, о которых пойдёт речь в этой статье. А если не учитывать, то есть вероятность, что полученное на экране осциллографа изображение – бесполезная картинка. И чем меньше его стоимость, тем это более вероятно.

    Сразу скажу, что в статье не рассматривается интерфейс управления и возможности типового электронного осциллографа – это относительно несложно и можно найти, например, здесь. Я пишу только о том, что не так просто найти, но легко потерять, особенно на русском языке. При прочтении потребуется знание основных положений теории сигнальных линий, почитать, например, можно в одной из моих предыдущих публикаций.

    Я думаю, распространённый сценарий использования осциллографа в цикле разработки печатной платы следующий: если плата не заработала (КЗ, микросхема перегревается, микроконтроллер не прошивается, команды управления не проходят и т.п.), начинаем искать проблему, взяв щуп осциллографа в руки, а если заработала – то и хорошо (рис. 1).


    При этом, если разработчик изделия это не радиолюбитель, который все указанные функции выполняет сам, то количество итераций даже до условного «успеха», который заключается в функционировании изделия может возрасти. Поэтому в случае разделения функций, как в случае разработки в рамках организации, разработчику желательно если не самому собирать и отлаживать первые образцы изделий, то, по крайней мере, присутствовать на производстве с целью анализа технологичности разработки.

    По моему опыту работы, для первых образцов изделий гораздо более эффективной является поблочная сборка, начиная с подсистемы питания, с контролем электрических параметров подсистем (рис. 2).



    При таком подходе сужается область поиска неисправности, так как она может возникать только во вновь собранном блоке или при взаимодействии этого блока с уже проверенными. Контроль электрических параметров гарантирует то, что изделие не просто корректно функционирует, а что все или основные электрические сигналы соответствуют ожидаемому поведению. В таком случае «успех» уже более основательный, и можно переходить к полному циклу испытаний при требуемых внешних воздействиях.

    Вернёмся к использованию осциллографов. При описании их места в разработке печатных плат был неявно сформулирован важный принцип измерений (и измерений с помощью осциллографа в частности), о котором часто в своих лекциях говорит Эрик Богатин.

    До момента измерения необходимо иметь представление о его ожидаемом результате. В случае совпадения ожиданий и реальности можно говорить о правильной модели процесса, в случае значительного несовпадения – либо о необходимости перепроверки ожидаемых параметров (получаемых с помощью прямых аналитических расчётов, результатов моделирования или на основании опыта), либо о некорректном измерении, либо о некорректном функционировании изделия.

    В контексте темы публикации стоит обратить внимание на вариант некорректного измерения. При измерениях с помощью осциллографа как нигде ещё применим «эффект наблюдателя» из квантовой физики, когда наличие наблюдателя влияет на наблюдаемый процесс. На экране осциллографе можно такое пронаблюдать, что к реальности не будет иметь никакого отношения. Разбираемся, как это не допустить.

    Начнём с формулировки идеального конечного результата: пронаблюдать на экране осциллографа временную развёртку напряжения в определённой точке сигнальной линии в заданный момент времени без внесения искажений. Пускай имеется идеальный быстродействующий осциллограф с бесконечной полосой пропускания, обеспечивающий аналого-цифровое преобразование с требуемым уровнем разрешения. Тогда для решения задачи потребуется передача сигнала от точки на печатной плате до коаксиального входа осциллографа, удовлетворяющая следующим условиям:

    1. Обеспечивается стабильный механический контакт с нулевым контактным сопротивлением в точках контакта. Их две, обе равнозначные: одна обеспечивает путь для прямого тока, другая – для возвратного.
    2. Сформированная сигнальная линия не должна нагружать измеряемую сигнальную цепь, то есть должна иметь бесконечный импеданс.
    3. Сформированная сигнальная линия не должна вносить искажений в измеряемый сигнал, то есть должна иметь плоскую передаточную функцию в бесконечной полосе частот и линейную фазовую характеристику.
    4. Сформированная сигнальная линия не должна вносить собственных помех в измеряемый сигнал, а также должна быть идеально защищена от внешних помех.

    Конечно, в общем случаев эти условия не реализуемы, однако формулировка идеального конечного результата полезна при анализе задачи. Она, в частности, даёт понимание того, что реальная измерительная система имеет ограничения, сужающие область достоверных измерений.

    На рис. 3 изображена эквивалентная схема измерительной цепи с использованием наиболее распространённого типа щупа «1X/10X», который в большинстве случаев входит с стандартный комплект осциллографа.


    Сопротивление щупа в положении «10X» по постоянному току составляет около 9 МОм – это последовательно включённый резистор, который образует с входным сопротивлением осциллографа 1 МОм делитель напряжения 1:10. Отсюда и название щупа «10X», который в этом режиме уменьшает измеряемый сигнал в 10 раз (а наводки и привнесённые системой шумы шумы — нет). В положении переключателя «1X» этот резистор закорачивается и сопротивление щупа – это сопротивление коаксиального кабеля щупа. Рекомендую измерить это сопротивление – от кончика щупа до центрального контакта BNC-разъёма – и убедиться, что оно не «нулевое», как у обычного 50-омного коаксиального кабеля, а составляет несколько сотен Ом. Если разрезать кабель (рис. 4), то можно увидеть тонкий нихромовый проводник, окружённый вспененным изолирующим материалом с низкой диэлектрической проницаемостью εr ~ 1. Это линия с потерями, т.е. кабель спроектирован таким образом, чтобы ослабить высокочастотные отражения, возникающие в связи с несогласованностью измерительной сигнальной линии.


    Подстроечный конденсатор CEQ1 предназначен для компенсации в режиме «10X» полюса фильтра нижних частот (рис. 5) с частотой среза порядка всего 1,5 кГц! Теперь должно быть понятно, почему эта компенсация необходима. Подстроечный конденсатор иногда располагается не в рукояти щупа, а на дальнем конце, у соединительного разъёма – тогда CEQ1 фиксированного номинала ~15 пФ, а подстройка осуществляется конденсатором CEQ2. Индуктивность LP – это индуктивность петли возвратного тока.


    С учётом сказанного выше можно получить рабочую модель измерительной цепи осциллографа для положений переключателя «10X» и «1X». Численные значения параметров должны браться из документации на соответствующие щупы и осциллографы. При этом, скорее всего, параметры различных производителей не должны значительно отличаться для заданной полосы пропускания. В представленных на рис. 6 и 7 моделях LTSpice использовались данные на осциллограф TDS2024B и щуп P2200.



    Важно понимать, что эти модели являются упрощёнными и не учитывают всех паразитных параметров, поэтому точных значений полосы пропускания они не дают. Однако они дают качественное представление о влиянии тех или иных параметров при измерении. Например, первые результаты, на которые стоит обратить внимание это то, что:

    1. Полоса пропускания щупа в режиме «1X» более чем на порядок меньше, чем в режиме «10X» и составляет порядка 6…8 МГц. Это соответствует минимальной измеримой длительности фронта сигнала tR = 0,35 / BWPROBE ~ 45…55 нс. Преимуществом режима «1X» является увеличенное на 20 дБ отношение сигнал/шум, так как при том же уровне помех измерительной системы сигнал на входе осциллографа больше в 10 раз.

    2. Увеличение индуктивности петли возвратного тока снижает полосу пропускания. Именно поэтому при измерении высокочастотных сигналов для обеспечения возвратного тока рекомендуется использовать на «крокодил» с индуктивностью ~200 нГн, а специальную насадку на щуп, на порядок снижающую значение индуктивности (рис. 8).

    3. Влияние подстроечного конденсатора в режиме «10X» на передаточную функцию нарастает, начиная с частот 200…300 Гц, до максимума на частотах в 2…3 кГц. Именно поэтому в качестве калибровочного сигнала на осциллографах обычно используется сигнал с тактовой частотой 1 кГц, фронты которого искажаются при подстройке (рис. 9). Полезная привычка – выполнять подстройку как при смене щупа или канала осциллографа, так и периодически перед проведением измерений.


    Помимо электрических характеристик щупа и входной цепи осциллографа в модель на рис. 3 как параметры входят следующие величины: напряжение источника сигнала – его спектр, выходное сопротивление источника RS, импеданс сигнальной линии Z0, импеданс нагрузки ZLOAD – именно импеданс, с учётом емкостной составляющей. Эти и другие параметры представлены в таблице 1, именно они определяют достоверность результатов измерения. Основной критерий заключается в том, чтобы исследуемая часть спектральной полосы сигнала входила в полосу пропускания системы «щуп + осциллограф», при этом амплитуда сигнала не превышала допустимых значений (это особенно важно в случае, когда входное сопротивление осциллографа составляет 50 Ом). Остальное: захват сигнала и измерение его параметров – дело техники.


    Последний момент, на котором хочется остановиться – это полоса пропускания системы «щуп + осциллограф». Тут стоит избегать заблуждения, заключающегося в том, что если взять осциллограф и щуп с полосой пропускания 150 МГц, то полоса пропускания измерительной системы будет 150 МГц (это так только при наличии программной компенсации). Кроме того, тот факт, что на щупе «написано» 150 МГц, не всегда означает, что это реальные 150 МГц. Поэтому рекомендую с помощью генератора синусоидального сигнала экспериментально исследовать полосу пропускания. Частота, на которой амплитуда сигнала уменьшиться до 0,707 от значения на низких частотах, это и будет нужное значение. При этом стоит обратить внимание на то, есть ли локальные максимумы в передаточной функции. Я это проделал с помощью генератора Г4-107 для нескольких измерительных систем, при этом использовалось соединение с помощью «пружинки» (рис. 10). Перед каждым измерением выполнялась компенсация, при этом всегда приходилось делать подстройку, хоть и небольшую. Также проводились измерения без щупа с помощью короткого 50-омного коаксиального BNC-кабеля. Результаты представлены в таблице 2. Удивил щуп PP510 с заявленной полосой в 100 МГц.



    В общем, если подводить итог, то хочется сказать, что следует внимательно относиться к измерениям с помощью осциллографа, и в качестве опоры использовать корреляцию между ожидаемыми и полученными результатами. Что касается области более высоких частот, то для измерения сигналов, полоса пропускания которых превышает 500 МГц, пассивные щупы типа «1X/10X» не применимы. Для этого используют прямое коаксиальное соединение при 50-омном входе осциллографа или активные щупы, ещё больше минимизируют индуктивность соединения (в т. ч. за счёт использование паяных соединений, размещения на плате миниатюрных коаксиальных разъёмов и т.п.). Тема очень широкая – есть изолированные осциллографы, изолированные щупы, дифференциальные и специализированные щупы, но всё это уже отдельный разговор, выходящий за рамки данной статьи.

    Этот материал прежде нигде не публиковался, жду обратной связи. После этого статья, возможно, в чуть более подробном виде, вместе с материалом по высоковольтной изоляции войдёт в качестве приложения в полную версию книги в обновлённом релизе. Точных измерений, народ!
    Поделиться публикацией

    Комментарии 55

      0
      Статья хорошая, но слишком затянуто вступление. Я бы добавил ещё про шумы в следующей части. Тема актуальная. Не все с ходу способны отличить собственные шумы осциллографа от шумов сигнала. В результате возникает много казусов. Современные осциллографы имеют много «примочек» для их компенсации, но ими надо пользоваться уметь!
        0
        Преимуществом режима «1X» является увеличенное на 20 дБ отношение сигнал/шум, так как при том же уровне помех измерительной системы сигнал на входе осциллографа больше в 10 раз.

        Мне кажется это достаточно смелое утверждение, которое приближается к истине только для измерения слабых сигналов. Обычно достаточно близко от входа стоит аттюнатор, который при высоких входных напряжениях сигнал ослабляет по любому. К тому же разрядность АЦП недорогих осциллографов, которыми приходится пользоваться большинству всего 8 — 12 бит.
          +1
          Да, абсолютно верно, для сигналов размахом несколько сотен милливольт. Хотя теоретически, даже в этом случае шум щупа исключается, но про соотношения между шумом системы до аттенюатора и после я пока ничего сказать не могу.
          0
          Наверняка есть активные щупы, у которых сразу на входе стоит делитель и ВЧ-транзистор с изолированным затвором, и сразу мы имеем щуп с почти нулевой индуктивностью, ёмкостью в единицы пФ и низким уровнем наводок.
            +1
            Есть конечно. Активные щупы существуют примерно столько же, сколько существуют осциллографы. Например, у меня есть активный пробник ПВЗ-1 из комплекта советского осциллографа С1-75 У него входная ёмкость 4 пФ, сопротивление 100 кОм, выходное 50 Ом, полоса, емнип, 500 МГц. На входе полевик с p-n переходом.
            +1
            Дополнение: при измерении сигналов более 200-300 МГц используют также низкоомные щупы 1:10. У них входное сопротивление 500 Ом, выходное — 50.
              0
              А почему ацп осцилографа так далеко от места измерения? Не будет ли лучше его иметь встроенным в ручку?
                +1
                До АЦП ещё нужно разместить, как минимум, аттенюатор (регулятор чувствительности) и переключатель «открытый/закрытый». Простые пробники с ограниченными возможностями так и делают, но если у вас полноценный универсальный осциллограф, то нет смысла пихать в щуп то, что гораздо лучше будет работать в большом корпусе :)
                  0
                  Интересная идея на мой взгляд, хотя осциллографы я не разрабатываю, так бы больше про них знал, конечно! Я думаю, размеры щупа позволяют сделатать что-то подобное при сохранении удобства использования, тогда кабель может быть просто цифровым интерфейсом. Хотя почему-то так не делают, при этом активные щупы это далеко не просто резистор и переменный конденсатор, там красиво внутри. Вот разбор, который находил на YouTube — youtu.be/jnFZR7UsIPE.
                    0
                    Так делают в разнообразных осциллографах-пробниках. Как подключаемых по USB, так и самостоятельных, с экраном прямо там же, на пробнике. Но ограничение по размеру неизбежно накладывает ограничения на параметры и функционал.
                      0
                      Так пускай будет ящик, только данные к нему по цифровому интерфейсу или вообще безпроводной канал — iProbe.
                        0
                        Проблема в аналоговой части: вам нужно смотреть сигналы типично от долей милливольта до сотен вольт. Регулировка чувствительности происходит в аналоге и с ручным переключением. Поэтому на «больших» осциллографах аттенюатор и некоторые другие регулировки параметров входов (до АЦП) — это весьма заметная часть лицевой панели. На щупе это всё разместить можно, при желании, но щупом это уже будет сложно назвать. Получится громоздко и неудобно в работе.
                        И второй момент — на «ящике» находится множество других необходимых кнопок и крутилок, поэтому нет большого смысла в том, чтобы размещать часть их на щупе, а другую часть оставить на «ящике». Пусть уж щуп будет именно щупом — маленьким, удобным и «везде_пролезающим» :)
                          0
                          Поэтому на «больших» осциллографах аттенюатор и некоторые другие регулировки параметров входов (до АЦП) — это весьма заметная часть лицевой панели. На щупе это всё разместить можно, при желании, но щупом это уже будет сложно назвать. Получится громоздко и неудобно в работе.

                          А почему нельзя «крутилки» на ящике а то, чем они управляют, в щупе?
                          Те же экшен камеры давно уже многие настраиваются исключительно через мобильник. А на самой камере из интерфейса только кнопка «включить».
                            0
                            У осциллов большой ящик не просто так получился. При случае загляните внутрь и найдите аналоговую часть. Её можно запихнуть в щуп, но цена девайса и размеры щупа устремятся вверх, а его технические характеристики и удобство пользования — вниз :) Особенно с учётом того, что все приличные осциллы имеют несколько каналов, и вам на каждый канал понадобится дорогой «цифровой» щуп.
                            Кроме того, при поломке обычного щупа вы просто возьмёте новый недорого или быстро почините старый (щуп при активной работе — это, фактически, расходник), а при поломке «цифрового» вы теряете возможность работать и кучу денег.
                            Кстати, паяльник тоже можно сделать беспроводным, и даже делают. Но этот уродец не заинтересует тех, кто пользуется паяльниками регулярно :)
                          0
                          В своё время была задача измерения больших напряжений на участках цепей с малыми токами. Хотел сделать свой активный щуп, дешёвые осциллографы и щупы в режиме 1:10 вносили очень серьёзные искажения сигнала.
                            0
                            Тут речь идёт не об активном, а о «цифровом» щупе. Фактически, об осциллографе, почти полностью засунутом в щуп. Хотел бы я посмотреть на его ценник, если осцилл хотя бы четырёхканальный :)
                            Обычные же активные щупы — весьма распространённая и полезная вещь, с этим никто не спорит. У меня самого их несколько.
                              0
                              Не весь осциллограф, а входную цепь, получается — аттенюатор + усилитель, фильтрация, АЦП. Скорее всего, так можно только относительно бюджетные характеристики получить при небольшом размере. И при этом цена щупа сильно подрастёт. В общем, занятная идея, если честно — плюсы у неё есть свои, и наверняка, все топы об этом думали, но отказались.
                                0
                                Что мы при этом выиграем? — уберём влияние кабеля щупа, и только. Но кабель не является узким местом в нормальном осциллографе — он не режет полосу, не ловит помехи и не добавляет шумы настолько, чтобы об этом имело смысл говорить, поскольку осциллограф сам по себе прибор довольно «грубый», в нём нет высокой точности измерений.
                                Да, кабель привносит ёмкость, но делители решают эту проблему в подавляющем большинстве случаев. Мне, кстати, доводилось работать и со щупами 1:50, у которых проблема входной ёмкости вообще не стоит (менее 2 пФ).
                                В особых случаях (малый сигнал, малый ток, опасные напряжения) достают из широких штанин разнообразные активные и специальные щупы. «Цифровой» щуп, опять же, не может заменить активный или специальный.

                                Повторюсь: «цифровые» щупы хорошо живут в собственной «экологической нише»: USB-приставки к компьютерам или портативные пробники со скромными параметрами и возможностями.
                    +3
                    Эта «пружинка» при неплотном прилегании к массе щупа сама даст огого какую индуктивность, причём скачущую из-за межвиткового контакта.
                    Правильно такой щуп делается из отрезка трубки с разрезом, к которму припаивается короткий щуп массы.
                    По поводу осциллографического кабеля — такая конструкция (тонкий центральный, диэлектрик с низкой проницаемостью) не для снижения отражений(она используется и на низкочастотных осциллографах) а для получения максимально низкой собственной ёмкости кабеля. Высокое сопротивление центральной жилы — нежелательное следствие применения сплава, который обеспечивает необходимую прочность при таком малом диаметре. Кст. обрыв центральной жилы — самый распространённый дефект таких кабелей, особенно когда ей не оставляют положенного свободного припуска (небольшая петля в щупе) — внешняя оболочка кабеля растягивается значительно лучше нем она.
                      0
                      Про щупы на 300-омном кабеле издревле ходила байка, что они самосогласующиеся, поскольку их длина сделана такой, что сопротивление центральной жилы равно волновому сопротивлению кабеля. Из этого следовало, что ремонт оборванного кабеля путём укорочения являлся нежелательным (щуп будет «звенеть»).
                        0
                        А есть экспериментальные данные, байка проверялась каким-нибудь разрушителем баек? Стало интересно проверить, выглядит не очень физично. Вы можете объяснить, какая математика стоит за этим решением?
                          +1
                          Сильно укороченный щуп не удавалось отрегулировать штатными настройками, он всё равно «звенел» — с этим я сам неоднократно сталкивался. А физику в подробностях уже не помню, надо ТОЭ вспоминать :) Вкратце: сопротивление жилы работает примерно так же, как и классический согласующий резистор, но включенный не напрямую на «землю», а через конденсатор, роль которого выполняла ёмкость, состоящая из входной ёмкости осциллографа и выходной ёмкости щупа.
                            0
                            Грубоватая модель :-).
                              0
                              Давно этим вопросом интересовался, не помню. В конце концов, схема хорошего высокоомного щупа на 300-омном кабеле довольно сложная; в коробочке, которая втыкается в осциллограф, плата с кучей деталюшек, имеющая несколько точек регулировки (не менее трёх), и это «ж-ж» неспроста :)
                          0
                          Черт его знает, возможно есть условия, в которых он действительно согласуется, но тогда он сразу же и является аттенюатором )
                            0
                            Интересный случай.
                            Кабель осциллографа — длинная линия с потерями. По расчету действительно, при укорочении кабеля нарушается равномерность характеристики:

                            При малой длине кабеля, потерь недостаточно, чтобы подавить резонансы.
                            Кстати, вот статья, которая объясняет все вопросы:
                            dfad.com.au/links/THE%20SECRET%20WORLD%20OF%20PROBES%20OCt09.pdf
                              0
                              Это потому что у Вас ёмкость меняется при изменении линии и нужно снова компенсацию делать. Рад, что уже начали играться с моделью, я всегда за такой подход. Статья хорошая, читал, но вопросы у меня остались. Например, 50 Ом сопротивления иглы он ставит. Почему? А в остальном сложилось впечатление, что хоть статья и выглядит как последовательное повествование, там много подгона и этих самых игр с моделью. А потом, когда читаешь статью, кажется, что всё так логично. Я просто сам так писал — знаю :-). К примеру, для меня осталось загадкой, как сопротивление коаксиального кабеля, измеряемого мультиметром согласовать с подобранным в модели сопротивлением кабеля, которое даёт оптимальную характеристику. У меня мерилось для P2200… на память не скажу, вроде, 300 Ом или около того, а по модели около 150 Ом. На текущий момент объяснение такое — модель грубая (об этом я и писал в статье) и служит, скорее, для образовательных целей, чем для точных расчётов для конкретной измерительной системы. Ну, или измерять реальную передаточную функцию, и подгонять параметры в модели под неё.
                                +1
                                Да, емкость меняется, но она влияет только на вот этот подъем на средних частотах, которых и компенсируется подстроечной емкостью. Но еще при укорочении появляется резонансный подъем на высоких частотах, что и приводит к «звону».
                                50 ом на входе в статье обозначено как Rtip, и действительно есть в некоторых щупах (я и сам встречал), вот с интернета:
                                В моей моделе он улучшает характеристику на высоких частотах:
                                И конечно, в статье объясняются общие принципы, а не конкретный щуп. Еще в статье дается имя того кто придумал такой щуп и кабель: инженер из Tektronix John Kobbe.
                                  0
                                  За картинку и комментарии спасибо! Модель ещё покрутить захотелось.
                                    0
                                    Поисследовал влияние резистора Rtip — он демпфирует резонансные участки в верхней части полосы пропускания, да, сглаживает там передаточную функцию. Но и снижает полосу пропускания, так что это, получается, компромиссное решение, которое не везде используется. Хотел, кстати, по этой фотографии отреверсить схему щупа, не получилось.
                                      0
                                      Да, с этим резистором не совсем ясно. Я вот точно помню, что когда то видел в реальном щупе этот Rtip. А сейчас нашел, что картинка выше — это P5050 щуп отсюда:https://www.tablix.org/~avian/blog/archives/2014/09/disassembling_tek_p5050_probe/
                                      Там это часть, которая ближе к осциллографу, а не делитель.
                                      Ввел вас в заблуждение.
                                      Попробую найти и раскурочить какой — нибудь свой щуп :)
                                        0
                                        Я и думаю, что похоже на часть около BNC, но не стал перепроверять. Тогда этот резистор входит в цепь компенсатора, и вся схема перестаёт быть загадочной :). Если что-то найдёте, пишите, надо с ним разобраться.
                              0
                              Есть результаты измерений полосы пропускания с пружинкой и с указанной конструкцией? Вообще, согласен, есть такие китайские «пружинки», на которые смотреть страшно. Про ёмкость согласен, но зачем тогда из нихрома? Кстати, попробуйте промоделировать в LTSpice приведённую мной схему с низким сопротивлением. Низкочастотные осциллографы это какие? Просто на 50 МГц метровый кабель — это уже длинная линия, а она не согласована. Или я что-то не понимаю?
                                0
                                У советских щупов «короткая» земля, поставлявшаяся в комплекте, всегда была сделана так, как описал courser: разрезная трубка, надевавшаяся на щуп, и от неё заострённый хвостик длиной пару сантиметров. При просмотре сигналов на быстрой логике или в импульсных БП — незаменимая вещь.
                                  0
                                  Есть возможность сравнить полосу пропускания с такой насадкой и качественной пружинкой на одном и том же щупе?
                              +1
                              Зачем измерять полосу, когда можно померить индуктивность? Индуктивность типичного(ок 10см) проводка массы 0.15 мкГн в точности равна индуктивности 6 витков такой пружинки(и вы никогда точно не знаете на котором основной контакт).
                              А индуктивность отрезка трубки вместе со штырём — десяток- другой нГн.
                              Из нихрома — потому что медь такого диаметра порвётся при малейшей продольной нагрузке.
                              Моделировать смысла нет, потому что всё зависит от входных параметров осциллографа, а они очень разные. Низкочастотный осциллограф это, например, С1-68 ))
                              Насчёт длинной линии для 50Мгц — посмотрите определение длинной линии и длину волны такой частоты.
                                0
                                Про механические свойства нихрома я не подумал, аргумент хороший. Но без модели и соответствия модели и результатов измерения мне для себя трудно говорить о понимании физического процесса.

                                Индуктивность — это косвенное измерение всё же, в лекциях LeCroy для пружинки даналась оценка 20 нГн. Поэтому я за прямое измерение — полоса. Если есть возможность измерить, буду благодарен за результаты.

                                По длинной линии останусь при своём мнении. Вы правы с точки зрения физики, я же о критерии малости влияния отражений. В 50 МГц полосе можно измерять сигналы с фронтом около 7 нс. Длинной с точки зрения малости влияний отражений является линия с длиной L > 1/5 x t_r x v, если взять для коаксиального кабеля 2/3 скорости света, получим около 30 см.
                                  0
                                  Ёлки, ну какие 20нГн? 1нГн на 1мм грубо для прямого провода. При намотке резкий рост.
                                  Полоса это не прямое измерение, а целый комплекс переменных — тупо на сотнях мегагерц можно найти резонанс вашей пружинки и входной емкости осца в несколько или пару десятков пик — готовый контур. Все эти цифры просто на кончиках пальцев если занимаешься СВЧ.
                                    0
                                    Ёлки, значит, Эрик Богатин слабо понимает то, о чём говорит. СВЧ — это сказка, я, к сожалению, не занимался. Но для меня аргумент в пользу достижимости такой оценки это то, что пружинка — это только слово, а когда контакт на первом витке, то это прямоугольный контур с a ~ 1 см, b ~ 0,5 см. Это если в плате два переходных на расстоянии 1 см, куда игла и пружинка вставляются. Это грубо, конечно, но по крайней мере в штыки я такую оценку не принимаю, понимая, что это достижимый минимум. Конечно, можно хуже всё организовать.
                                      0
                                      Так речь о том, что нельзя точно сказать где там именно контакт. Пружинка — плохая идея для высоких частот, по кр мере для профессиональной работы, а широко продаётся китайцами из-за дешевизны и лёгкости изготовления. Просто есть нормальный традиционный щуп-клипса, применявшийся ещё на ламповых вольтметрах 60х годов, и не намного сложнее этой пружинки кст.

                                      Знаю Реда, Шенка, Ротхаммеля…
                                      Эрика Богатина, извините, не знаю и не особо интересуюсь ))
                                        0
                                        Да, логика Ваша мне понятна. Я согласен со всеми аргументами. Просто изначально был интерес к результатам сравнительного эксперимента — китайская пружинка, качественная пружинка, кольцо. Китайцы ясно, просто копируют, и плохо, но почему-то оригинальные щупы тоже с пружинкой. Фамилии серьёзные, Богатина с этими мужиками точно можно и не знать :-).
                                0
                                Пружинок в хозяйстве нету. Чисто логически, если пружинка хорошо контачит с корпусом щупа в начале первого же витка, всё будет ок. Там дело не столько в полосе, сколько в появлении выбросов на фронтах просматриваемого сигнала, либо в ловле помех на длинную «землю».
                                Если у вас наносекундные фронты, то каждый лишний сантиметр «земли» существенно портит картинку — я этого насмотрелся ещё во времена работы с ЭСЛ-логикой.
                                  0
                                  Согласен, тут правильнее говорить о частотной зависимости передаточной функции, у которой появляется пик на границы полосы пропускания. Но он же и сужает полосу по модели. Во временной области это и будет проявляться в выбросах. И внешние помехи, да, согласен полностью.
                                  +1

                                  Поделюсь небольшим лайфхаком

                                    +1
                                    У меня была привычка в контрольных точках схем распаивать пины-«мамы» от разъёмов, чтобы можно было сразу воткнуть в них кончик щупа без риска коротнуть куда не надо :)
                                      0
                                      Отряд третьих рук, держащих щупы — это супер! Интересно, какая индуктивность у этой петли и какова она в сравнении с качественной пружинкой.
                                        0
                                        Петля это олово >= 0.3 mm. Разносите их D x 5 и остаётся только самоиндукция. Кроме-того с пружинкой неудобно работать на практике, а вот олово — отлично гнется и припаивается к тест поинтам. На этом фото как раз Signal Integrity проверка WiFi чипа выявила проблемы с crosstalk. Если много денег и времени, вы можете изготовить Test Fixture из подпружиненных контактов и оргстекла. Ну либо MMCX разъёмы.
                                          0
                                          По поводу петли — не очень понял, что Вы хотите разносить. Петли друг от друга? Тогда да, взаимная индуктивность и перекрёстные помехи уменьшатся. Сами же проводники лучше друг к другу как раз приблизить, будет меньше площадь петли => индуктивность. Ну, и ещё уменьшится взаимная. А так идею понял — принял, удобно выглядит.
                                            0
                                            Разносим подальше разные сигнальные дорожки (проверка crosstalk).
                                            Если это return path — держите их поближе, ну и прижимаете к плате, чтобы stub был короче. Ещё один чисто практический совет — возле всех «важных» чипов делайте 1-2 GND test point (желательно «тупиковый», чтобы не ловить ground bounce от соседей).
                                              0
                                              Я про петлю из олова изначально, там конкретно сигнальный провод на иглу и return path на экран щупа. Про что Вы — так и не пойму, может, потому что поздно уже. Слова-то, вроде, правильные и английские и русские, но как они на мой вопрос отвечают. Может, задал криво. Просто по рисунку индуктивность такой петли по грубым оценкам ~70-100 нГн и это больше, чем индуктивность хороших «пружинок» ~20 нГн. Хотя Ваша логика мне ясна, удобно и, видимо, решает нужные задачи. Кстати, а какой спектр измеряемого сигнала?
                                                +1
                                                Этот «метод» я утащил когда-то, вроде отсюда.
                                                PDF

                                                Мне кажется мы с вами об одном и том же, только разными словами.
                                                Что до частичной индуктивности пружинки / проводника — она тут главным образом зависит от длины проводника, меньше длина — меньше индуктивность (mutual inductance с пружинкой одинаковый). Олово гибкое, а пружинка нет. На моих фото проводки раскручены, RT там был порядка ~40 ns, частотный анализ я не проводил, да и не знал тогда как :) Это одна из тех плат, которые я запорол пока учился работать с high speed :)
                                                  0
                                                  Да, похоже, что об одном и том же. Кстати, подумал, что если намотку сделать в одну сторону, то, вращая щуп, можно уменьшить длину. А 40 нс это узкий спектр, там такое соединение вполне. За статью благодарность!
                                        0
                                        Сильно.
                                        Там можно сделать и роботизированный измеритиель с «плавающими» щумами!
                                        +1

                                        iamsam Богатин и Ховард написали прекрасные книги. К сожалению, на русском я аналогов не встречал. Вы делаете хорошее дело.

                                          0
                                          Если не жалко потерять 6дБ, а цепь низкоомная, например питание, то есть еще щуп с достаточно простой конструкцией.
                                          В наконечнике конденсатор и 50 Ом резистор, коаксиал 50 Ом, вход осцила — или в 50 Ом или через тройник на терминатор.
                                          Частоты — не грандиозные, зато меньше всякой дряни ловит.

                                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                          Самое читаемое