穷人的6GHz差分有源探头

量子隧道

众所周知，三五百MHz以上，高阻无源10：1分压探头，因为对信号源的电容加载过大，基本上聊胜于无。
所以，在几百M到10GHz范围，一般是两个选择：低阻无源分压探头，或者有源探头。
但是这些高速探头，存在一个重要权衡，难以取舍：
无源分压探头非常便宜，但是只能是单端的。
而有源探头可以做差分的，但是极贵。一个探头的价钱往往能买一个赛捷伦或日狗的1，2GHz带宽的示波器。
https://www.eevblog.com/forum/te ... erential-probes/25/
这个帖子的第二页讨论了一个德国爱好者自作的有源差分探头。用了ADA4927这个芯片。实测性能一般般，P到输出和N到输出不对称。这是由于用到的芯片本质上是差分入差分出，不是用于差分入单端出的场合。虽然芯片带宽很高，但那个高带宽是在差分入差分出条件下测得的。差分入单端出必然死菜。
可想而知，差分入单端出（这不就是运放么 ），并且能跑到GHz的芯片必定是昂贵无比，也只有几个顶尖大厂才做这个小ASIC用于自家探头。
看来要DIY一个便宜的差分探头，只能另辟蹊径。
本人最近搞到了一台5GHz示波器。所以也开始琢磨怎么给它配差分高速探头。翻看我的元件盒，一个想法浮出脑海。后面将直播我的思路，仿真，设计和调试过程。
提前剧透：思路是高低频分而治之方法。
几十MHz以下用通用射频电路或高速运放可以获得很好的平衡度和DC漂移性能。
几十MHz以上直到6GHz，其实可以用单端放大器来实现。有大把便宜高性能的LNA可以做这件事。

scoopydoo

前两天日本雅虎拍卖上成交了几只是德的有源差分探头，成交价格折合人民币大概在 3000 - 8000 这个范围。

量子隧道

scoopydoo 发表于 2024-8-4 11:46
前两天日本雅虎拍卖上成交了几只是德的有源差分探头，成交价格折合人民币大概在 3000 - 8000 这个范围。

带宽多少？
还是太贵，我DIY的料本小于100元。（当然很可能我会直播制作失败过程给大家）
而且keysight的对接lecroy估计也是个麻烦事。

scoopydoo

量子隧道 发表于 2024-8-4 11:50
带宽多少？
还是太贵，我DIY的料本小于100元。（当然很可能我会直播制作失败过程给大家）
而且keysight ...

记得有 3.5G、7G、12G 这几种。是德的高频差分探头隔三岔五就有二手出现，泰克少一些，力科比较罕见。

MT4S301

等更新（主要看2路信号怎么拼回1个）
ps. 不追求差分的话是否买颗TAV-541做共漏更简单？没试过

MF35_

搞个FET低输入电容高阻（到100k就差不多了）有源探头啊，我感觉这个比差分探头使用面更广

量子隧道

MT4S301 发表于 2024-8-4 13:08
等更新（主要看2路信号怎么拼回1个）
ps. 不追求差分的话是否买颗TAV-541做共漏更简单？没试过

这个小芯片在4GHz以下有可观的增益。宽带匹配后用于3，4G的探头应该可行。所谓宽带匹配，基本上就是通过C-B负反馈实现的，所以要把增益曲线压平，只能是低频将就高频，低频增益再高也得对齐高频。在3，4G范围内应该可以做到10dB平坦增益。要是用于6-8G的，可能minicircuits的十字叉叉ERA-1更好些，基本上能在6-8G保持8dB以上的增益。（主要是我的元件库里ERA-1比较多 ）

MT4S301

量子隧道 发表于 2024-8-4 13:40
这个小芯片在4GHz以下有可观的增益。宽带匹配后用于3，4G的探头应该可行。所谓宽带匹配，基本上就是通过C ...

俺说的是电压跟随，

量子隧道

MF35_ 发表于 2024-8-4 13:39
搞个FET低输入电容高阻（到100k就差不多了）有源探头啊，我感觉这个比差分探头使用面更广

可以。我手里有几个BF998，下次考虑把它用起来。BF998不适合驱动50ohm负载，后边需要挂一个射频BJT或其它器件。

量子隧道

MT4S301 发表于 2024-8-4 13:45
俺说的是电压跟随，

哦，看漏了。你说了做共漏。
我略微有点不敢拿它做这个应用。你看它的封装底下的焊盘布置，我感觉明显是给共源拓扑用的。不知道用来做跟随会高出啥名堂。

量子隧道

scoopydoo 发表于 2024-8-4 12:37
记得有 3.5G、7G、12G 这几种。是德的高频差分探头隔三岔五就有二手出现，泰克少一些，力科比较罕见。

这种探头一个的价格和我的炮灰示波器的价格一个量级，肯定不买啊。
我一定要搞个比炮灰示波器价格低一个数量级的探头。

量子隧道

MT4S301 发表于 2024-8-4 13:08
等更新（主要看2路信号怎么拼回1个）
ps. 不追求差分的话是否买颗TAV-541做共漏更简单？没试过

低频回路，用元件盒里的运放仿真，没有合适的（带宽至少达到几十M）。用分立晶体管仿真出来效果不错。能实现300-500M的带宽。


至于你说的合路，简单点可以用6dB功分器合路。但是会损失高频6dB。我的高频部分增益余量设计比较捉襟见肘，为了不加载DUT，前端加了大比例分压，后边用了12dB放大，也只能勉强实现10：1探头。所以我决定牺牲低频，在合路时，让低频部分经过高值电阻，直接加进直通的高频。

量子隧道

方案构想是下图：


高低频分而治之。高频回路的关键是一个balun。balun的低频只到10MHz，实际上在10MHz已经性能不太好了。所以把分频点暂定在几十MHz。
仿真出来效果还不错，1阶高通和1阶低通的衔接相当“无缝”。
其实最大的问题不在分路这里，而是在后边的合路部分。而且，合路的问题并不在几十MHz的地方，而是在更低的频率，大概10-100kHz的地方。

量子隧道

搭出全部电路仿真出来的样子：

MT4S301

量子隧道 发表于 2024-8-4 13:50
可以。我手里有几个BF998，下次考虑把它用起来。BF998不适合驱动50ohm负载，后边需要挂一个射频BJT或其它 ...

俺看https://www.cqpub.co.jp/trs/index.htm系列No.139里用3SK291做类似西方流行的998高阻探头，从源极用电容取电压bootstrap了291上栅，998肯定也可以这么玩。这种方法本质上和MESFET共漏跟随没区别，无非MESFET比998/291频带高几倍。