Ist dies ein gutes Design und Layout einer aktiven Differentialsonde?

16

Diese Frage ist eine Erweiterung der Zielfernrohrsonde Homebrew Differential . Ich dachte, ich sollte das eine neue Frage machen.

Ich muss ein LVDS-Signal mit 100 MBit / s messen, um die Integrität zu überprüfen. Ich werde versuchen, ein Oszilloskop mit einer Bandbreite von 600 MHz zu bekommen, aber ich brauche eine Differenzsonde und kann mir keine echte leisten. Deshalb habe ich eine Lösung mit dem 1,8- GHz- Stromrückkopplungsverstärker THS3201DBVT entwickelt.

Dies ist mein erstes Design mit einem aktuellen Rückkopplungsverstärker und mein erstes Design mit hoher Bandbreite. Für Rückmeldungen (Wortspiel, sorry) wäre ich sehr dankbar.

Differentialsonde schematisch

Differentialsonden-Rendering

Differentialsondenschichten

Hinzugefügt: Vielen Dank an The Photon für den Vorschlag, die Grundplatte unter den Eingangsstiften der OpAmps zu entfernen. Hier ist die Ebene direkt unter der obersten Ebene mit den neuen Ausschnitten. Dasselbe wurde auch für die anderen Schichten getan. Kapazität verringern.

Raketenmagnet
quelle
1
Eingangspufferverstärker sollten wahrscheinlich mit negativer Rückkopplung anstatt mit positiver Rückkopplung verbunden werden.
Das Photon
1
Ähm, ähm, ja. Finde den absichtlichen Fehler und überprüfe, wer aufpasst ...
Rocketmagnet
OK, ich habe den Schaltplan repariert.
Rocketmagnet
das ist ein interessantes projekt, danke fürs posten. Hast du es geschafft, es zu bauen? Funktioniert es? Gerry
Ein 50-Ohm-Vorwiderstand, der der 50-Ohm-Koaxialimpedanz entspricht, die auch der 50-Ohm-Eingangsimpedanz des Oszilloskops entsprechen sollte, wäre gut. Dies führt zwar zu einer Reduzierung von 2: 1, beseitigt jedoch das Klingeln usw. Auch viele Operationsverstärker können einen Großteil der kapazitiven Last nicht treiben. Verwenden Sie RG-174, da es klein und flexibel ist.
Don McCallum

Antworten:

12

Eine klassische Layoutregel für Hochgeschwindigkeits-Operationsverstärker besteht darin, die Stromversorgungs- und Masseebenen unter den Netzen zu entfernen, die mit den Eingangspins verbunden sind. Sie finden dies als ersten Aufzählungspunkt im Abschnitt zum PCB-Layout des Datenblattes für Ihren Operationsverstärker.

Das heißt, entfernen Sie im Grunde genommen alles Kupfer von den ebenen Schichten unter jeglichem Kupfer, das an die Stifte 3 oder 4 Ihrer Verstärker angeschlossen ist.

In der Praxis bedeutet dies wahrscheinlich auch, dass R1 und R2 näher an die Eingangsstifte herangeführt werden, um die Größe des Hohlraums zu minimieren, den Sie in den ebenen Ebenen schneiden.

Dies hat mehrere Vorteile:

  1. Reduzieren Sie die Eingangskapazität Ihrer Schaltung.

  2. Minimieren Sie Welligkeiten an den Strom- und Erdungsnetzen, die in die Eingänge Ihrer Schaltung eingekoppelt werden.

  3. Verbessern Sie die Stabilität Ihrer Schaltung, da einige dieser Strom- / Erdungsschwankungen durch die unterschiedliche Stromaufnahme der Ausgangsstufe des Verstärkers verursacht werden können, was zu unerwünschter Rückkopplung führt.

Ein weiteres Problem betrifft Ihre Entkopplungskondensatoren. Wenn Sie mehrere Entkopplungskondensatoren verwenden und deren Werte um mehr als 1 Dekade voneinander abweichen (Sie haben einen Faktor von 1000 zwischen 100 pF und 100 nF), kann dies zu einer Antiresonanz bei einer bestimmten Frequenz zwischen den Resonanzfrequenzen der beiden Kondensatoren führen . Dies führt zu einer außergewöhnlich hohen Stromversorgungsimpedanz bei der Antiresonanzfrequenz. Dies wurde in letzter Zeit mehrmals vage diskutiert und auch in einem Murata- Anwendungshandbuch dokumentiert . Ich würde empfehlen, Ihren kleineren Entkopplungskondensator auf 10 nF zu ändern.

Das Photon
quelle
Vielen Dank, Photon. Ja, ich habe mich über die Grundebene gewundert. Ich werde das ändern. Zu den Kondensatoren: 100pF und 100nF sind in den Schaltplänen auf Seite 16 dargestellt. Ich habe auch den Hinweis zur Murata-App gelesen, war mir aber nicht sicher, wem ich glauben sollte, und habe mich daher an den Vorschlag des Datenblattes gehalten.
Rocketmagnet
Auf jeden Fall kann der Kondensatorwert später leicht geändert werden, wenn Sie ein Problem haben ... zumindest wissen Sie, dass Sie darauf achten müssen.
Das Photon
Woran erkenne ich Antiresonanz?
Rocketmagnet
Eine Art schlechtes Verhalten bei einer bestimmten Frequenz, wahrscheinlich irgendwo zwischen 10 und 100 MHz, wie ein schwaches Ansprechen oder Oszillieren oder Klingeln.
Das Photon
Es lohnt sich auch, das Rauschspektrum zu betrachten, wenn Sie nichts an die Sonde angeschlossen haben. Wenn Sie eine Spitze im Bereich von 10 bis 100 MHz sehen, können Sie ein Kondensatorproblem vermuten.
Das Photon
1

Sie haben keine Massenentkopplung für den Boden. Verbinden Sie die Mitte von CP1 und CP2 mit Masse.

Ihr Eingangssignal liegt zwischen 0 und + 3,3V. Zumindest in diesem Fall ist die -6 V-Schiene also nicht erforderlich. Dies würde es jedoch zu einer allgemeineren Sonde machen.

Brian Carlton
quelle
OK, das ist jetzt behoben.
Rocketmagnet
Ich habe es geschafft, den Operationsverstärkern einen gewissen Headroom zu geben. Ziehen sie das nicht vor?
Rocketmagnet
1

Ein Vorwiderstand (50 Ohm) ist eine gute Idee. Das Oszilloskop sollte auch auf 50 Ohm eingestellt sein. Der resultierende Scope Trace hat den Wert 1/2, die Terminierung ist jedoch für Hochgeschwindigkeitssignale von entscheidender Bedeutung.

Ich würde auch eine kleine Kappe (10-47 pF) über jedem der Rückkopplungswiderstände empfehlen, um die Stabilität zu verbessern. Dies wirkt sich auf den Frequenzgang aus. Überprüfen Sie daher, was Sie messen möchten. Verwenden Sie Tina-TI, um die Reaktion zu simulieren.

Wayne
quelle
0

Benötigt das wirklich 4 Schichten?

Es sieht für mich so aus, als ob das einzige, was +/- 6V verwendet, die Operationsverstärker sind.

Möglicherweise können Sie durch die Verwendung einer 2-Lagen-Platine die Kosten erheblich senken, dies kann jedoch die Signalintegrität beeinträchtigen (wodurch der Zweck des Designs zunichte gemacht wird).

Ich hoffe, in diesem Punkt mischt sich jemand ein ...

trayres
quelle
Möglicherweise nicht, aber es ist eine einmalige Sache, die mit einer Reihe anderer 4-Lagen-Boards zu tun hat. Kosten sind also kein Problem.
Rocketmagnet