Hi! Ich versuche mich gerade - weitgehend befreit von jeglichen HF-Kenntnissen hust - an einem Opamp-basierten Diffprobe-Layout bis gain=12 bei ca. 250MHz Bandbreite. Wil ich von HF eben kaum Ahnung habe, wollte ich euch fragen, ob ihr mal über meinen Entwurf gucken könntet, das würde mir viel helfen! Erstmal kurz zum Zweck des ganzen: Das Ding ist für DPA-Messungen (http://en.wikipedia.org/wiki/Differential_power_analysis) an ICs (µC/SoC/FPGA) gedacht. Ich hab das bisher mit teurem LeCroy scope + Diffprobe gemacht und weiss daher auch in etwa, welche Parameter ich brauche - privat hab ich aber nur ein Picoscope PS5204, an dem ich die Diffprobe betreiben will. Daher auch die 250MHz Bendbreite. Zuerst mal zum Schaltplan: Das Design ist zweistufig gedacht, wobei die erste Stufe der eigentlich Differenzverstärker ist. Die zweite Stufe hat dann nur noch unity-gain und dient dazu, ein über das Poti wählbares Offset zu subtrahieren - das Picoscope hat nämlich nur fixed Offset (0V) und mißt dann +-V_range. Ich will aber natürlich möglichst viel vom ADC-Bereich sinnvoll ausnutzen. Für die erste Stufe kommt je nach gewünschter gain ein OPA847, OPA699 oder OPA698 rein. Die zweite Stufe ist ein OPA698. Output ist für 50 Ohm gedacht, mit 50 Ohm Durchgangsabschluss am scope. Impedanzwandler am Anfang brauche ich nicht - der Strommeß-Shunt ist normalerweise so um die 10 Ohm (mit Labornetzteile auf der einen und IC auf dern anderen Seite) - ist also niedrigohmig genug. Ansonsten gibts zum Schaltplan nicht so viel zu sagen - Widerstandswerte fehlen halt noch. C1, C2, C3, C4 werden 100nF werden - falls nötig kommt da Huckepack noch was drauf. Die anderen Cs sind auch als Keramik als 22 oder 47µF geplant. Die Limiter-Pins (bzw. /disable) an den OPAs hab ich (noch) nicht verdrahtet - kann man laut Datenblatt aber auch offen lassen. Ist der Schaltplan soweit ok? Zum Layout: Die großen Cs sind 1206, restliche Cs und Rs sind 0603. Poti kommt nach bottom. Ich hab versucht, mich an die Layout-Empfehlungen aus den Datenblättern zu halten und mir ein paar andere Layouts angeguckt: 1) THS3201 (anderer OPA) PCB: http://focus.ti.com/lit/ds/slos416c/slos416c.pdf S. 23 2) Beitrag "Re: OPA890 vs. OPA847 als Tranzimpedanzverstärker" 3) http://www.ti.com/lit/pdf/sbou009 3) erscheint mir verglichen mit 1) aber nicht so richtig HF-optimiert? Worauf ich versucht habe, zu achten: - Möglichst viel Groundflächen - Ausnahmen weiter unten - C1-C4 Kelvin-connected möglichst nah an die OPA-Pins. C1 und C4 sind daher nach bottom gewandert mit vias nach top. C2 und C4 sind auf top. - Alle HF-Leitungen so kurz wie möglich, Knicke vermeiden - Kapazitäten an OPA in/outputs so gering wie möglich halten - daher gibts hier Aussparungen in der bottom GNDplane. - Breite Bahnen an den OPA IOs - 50 bis 100 mil werden empfohlen, meine sind aber "nur" 40 mil geworden - sonst hätte ich mehr Platz gebraucht und dann wären die Bahnen auch länger geworden Was sagt ihr zu dem Layout? Die Empfehlung ist wohl, das 4-lagig zu realisieren, oder? Ist das (so) zweilagig überhaupt brauch/machbar, oder kann man das komplett vergessen? Was mir auch nicht klar ist: GND-Fläche unter den OPAs, oder nicht? In Vorlage 1) gibts GND-Flächen drunter, in 2) und 3) nicht. Ich nehme an dabei geht es auch um die kapazitive Wirkung? Bei dem SMA-Stecker beschwert sich der DRC, egal wie ich die Dimension-Begrenzung verschiebe. Kennt das jmd.? Einfach ignorieren? Noch eine Frage zum SMA: Die Winkelstecker sind ja bei HF etwas schlechter als die nicht gewinkelten. Macht das in meinem Fall bei 250 MHz Bw viel aus? Und wie siehts mit Koax aus? Mein Durchgangsabschluss ist nämlich sowieso Koax... Vielen Dank für eure Hilfe!
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Zum Layout kann ich dir folgenden Hinweis liefern, ohne mir jetzt den Schaltplan im Detail angeschaut zu haben: Ich gehe davon aus, dass du auf einer 1,5mm dicken Leiterplatte deinen Schaltkreis aufbauen möchtest. Daher lege ich dir nahe, die 50 Ohm-Leitungen auch entsprechend anzupassen. Du kannst entscheiden, ob du eine Microstrip oder eine Koplanare Waveguide dafür verwenden willst. Lade dir das Tool AppCad herunter und plane die Leitung entsprechend. Zudem solltest du den Ausgangswiderstand möglichst nahe an den Ausgangspin des OPV bringen und die Leitung des Ausgangspins des OPV keilförmig auf die Breite des Widerstandspads auslaufen lassen. Was den Eingang und die Massefläche unter dem OPV grundsätzlich angeht, möglichst kapazitätsarm routen. Mir sieht die Leiterplatte etwas unhandlich aus, berücksichtige also auch ergonomische Aspekte. Soviel für den Moment. branadic
branadic schrieb: > Ich gehe davon aus, dass du auf einer 1,5mm dicken Leiterplatte deinen > Schaltkreis aufbauen möchtest. Daher lege ich dir nahe, die 50 > Ohm-Leitungen auch entsprechend anzupassen. Du kannst entscheiden, ob du > eine Microstrip oder eine Koplanare Waveguide dafür verwenden willst. > Lade dir das Tool AppCad herunter und plane die Leitung entsprechend. > Zudem solltest du den Ausgangswiderstand möglichst nahe an den > Ausgangspin des OPV bringen und die Leitung des Ausgangspins des OPV > keilförmig auf die Breite des Widerstandspads auslaufen lassen. Danke, das werde ich mal versuchen einzuarbeiten. Habe ja auch die Platinen von deinen Tastköpfen, da kann ich mir auch ein paar Sachen angucken. Habe schon versucht, die Ausgangswiderstände so nah, wie möglich an die OPAs zu packen. Ein bischen näher ginge noch, ohne dass das Layout vom Feedback-Pfad darunter leidet, wenn ich das Vs+ Via direkt aufs Pad setze. Macht man ja sonst nicht so, aber hast du ja auch so gemacht. Ist wohl bei HF ein nötiger Kompromiss? Wird ja sowieso von Hand bestückt... > Was den Eingang und die Massefläche unter dem OPV grundsätzlich angeht, > möglichst kapazitätsarm routen. Ja, bei den Eingängen zur ersten Stufe auch GND entfernen ist wohl nicht verkehrt? Sollte ich die GND-Fläche unter dem OPA ganz entfernen? > Mir sieht die Leiterplatte etwas unhandlich aus, berücksichtige also > auch ergonomische Aspekte. Ja stimmt, da hab ich einfach den 5x pinheader drangeflanscht, weil ich die sowieso herumliegen habe, aber Supply-lines hinten mit dran ist wohl vernünftiger. Ansonsten ist die Ergonomie hier etwas weniger wichtig, weil die Probe normalerweise nicht viel von Hand bewegt, sondern einmal drangesteckt wird und die Messung danach ein paar Stunden läuft. Vielen Dank für deine Hilfe!
Noch eine Frage: Ich hab die Vs+ Leitungen Richtung Unterkante der Platine weggezogen, dass ich damit nicht unter dem Feedback-Pfad durch muss. Macht das Sinn? Danke!
hunz schrieb: > Macht man ja sonst nicht so, aber hast du ja auch so gemacht. > Ist wohl bei HF ein nötiger Kompromiss? Wird ja sowieso von Hand > bestückt... Das hat mit HF überhaupt gar nichts zu tun. Viele vermeiden das, da bei der automatischen Bestückung und Lötung im Ofen das Zinn durch das Via abgesaugt wird. Diesem Effekt kann man durch plugged Vias begegnen. hunz schrieb: > Ja, bei den Eingängen zur ersten Stufe auch GND entfernen ist wohl nicht > verkehrt? > Sollte ich die GND-Fläche unter dem OPA ganz entfernen? GND-Flächen da ansetzen, wo kontrollierte Impedanzverhältnisse herrschen. Soll heißen: - Eingänge des OPV massefrei halten für möglichst kleine parasitäre Kapazität - Massefläche ab der Hälfte des Ausgangswiderstands ansetzen (diese Lösung findet man auch in vielen Datenblättern, auf Eval- und Demoboards) - Massefläche bis unter die Spannungsversorgungspins führen hunz schrieb: > Ich hab die Vs+ Leitungen Richtung Unterkante der > Platine weggezogen, dass ich damit nicht unter dem Feedback-Pfad durch > muss. > Macht das Sinn? Kann man machen, allerdings finde ich deine Feedbackleitung generell etwas übertrieben breit. Auch die Anordnung bekommt man schöner hin. Ich empfehle dir, schau dir mal bspw. das Datenblatt des OPA659 an und dort das Layout für das Evalboard, da kannst du dir vielleicht einiges abschauen und auf dein 2-lagiges Layout übertragen. branadic
branadic schrieb: > Kann man machen, allerdings finde ich deine Feedbackleitung generell > etwas übertrieben breit. Auch die Anordnung bekommt man schöner hin. Ich > empfehle dir, schau dir mal bspw. das Datenblatt des OPA659 an und dort > das Layout für das Evalboard, da kannst du dir vielleicht einiges > abschauen und auf dein 2-lagiges Layout übertragen. Danke für das Layout. Unter welchen Aspekten wäre die Feedback-Anordnung aus dem OPA659 Datenblatt mit Rf am Eingang schöner? Weil sie so kürzer wird, oder noch aus anderen Gründen? Danke!
hunz schrieb: > Weil sie so kürzer wird, Genau, sie dürfte deutlich kürzer werden und das Layout dürfte insgesamt auch gefälliger werden. Du solltest auch an den Abblockkondensatoren an den OPVs mehrere Durchkontaktierungen vorsehen. Leg dich auf ein Leiterplattenkonzept fest, Koplanare Waveguide mit Masse auf Ober- und Unterseite oder Microstrip mit Masse nur auf der Unterseite. Schau dir einfach mal ein paar Boards aus der HF-Technik an, da kannst du mitunter viel lernen. Die Demo-Boards der Hersteller zeigen schnell, worauf der Hersteller selbst wert legt. Sicherlich gibt es auch zu deinen OPVs entsprechende Schaltungsvorschläge. branadic
Hallo kenne mich ganz gut aus mit HF, weniger speziell mit OP-Amp Schaltungen. Hoffe, daß ich jetzt nichts falsches schreibe, aber: Hatte genau das selbe Problem, daß ich einen differentiellen Tastkopf bauen wollte. Benutze ansonsten Tektronix Tastköpfe, die sind sehr gut. Habe jetzt einen solchen Tastkopf zur Integration auf eine Schaltung benötigt. Nach einigem Simulieren und ausprobieren bin ich zu dem Schluß gekommen, daß ein OP in der Schaltung wie Du sie oben zeigst nicht geeignet ist! Du benötigst einen Instrumentenverstärker. Die Schaltung besteht aus insgesamt drei OPs, musst Du mal danach googlen (Instrumentation Amplifier). Habe auch mit einem Tektronix Vertreter gesprochen und der hat mir bestätigt, daß die Schaltung der Tastköpfe diesem Prinzip entspreicht. Der differentielle Eingang eines OPs kann so nicht als Differential Probe benutzt werden. Habe dann einen schnellen differentiellen Receiver von Analog Devices benutzt (eigentlich für Videoanwendungen) der ähnlich aufgebaut ist. Dahinter habe ich dann nich einen zweiten normalen OP-Amp gehängt, um das ganze möglichst breitbandig zu machen und an 50Ohm anzupassen. Habe den Tastkopf dann mit einem VNWA gemessen und auch Dinge wie CMRR etc. bestimmt. Bis etwa 100MHZ war die Performance ähnlich wie die Profi Tastköpf, dann gehen die Werte in den Keller! Tektronix entwickelt die Chips der Probes selbst, wie man mir sagte. Die Probes kosten dann nicht von ungefähr 4000€ bis 6000€ (je nach Bandbreite). Kann Dir die Schaltung leider nicht posten, weil sie meinem Arbeitgeber gehört, aber ich glaube es war der Chip AD8130...
Raeuber Hotzenplotz schrieb: > Du benötigst einen Instrumentenverstärker. Die Schaltung besteht aus > insgesamt drei OPs, musst Du mal danach googlen (Instrumentation > Amplifier). Die Eingangsimpedanz ist in meinem Fall ja kein Problem, bleibt die CMRR. OPA698 und OPA699 haben um die 52-61 dB CMRR, der OPA847 sogar 90-110 dB. Wenn ich mir da die Tektronix P624x anschaue gibts da laut spec auch nur ne CMRR von >60dB?
Die beiden differentiellen Eingangspins Deiner Schaltung werden sich gegenüber Masse wohl unterschiedlich verhalten. Wenn die Schaltung insgesamt hochohmig ist und das zu messende Signal niederohmig, dann sollte es so gehen. Ansonsten asymmetriert man das differentielle Signal damit. Du kannst ja mal von Deinen Erfolgen berichten, wenn alles fertig ist. Für mich war diese Art der Schaltung jedenfalls nicht brauchbar (Messung differentieller Bussignale RS-485, FlexRay) Layout HF-technisch würde ich sagen mach alles so klein und dicht wie möglich zusammen, dann spielt auch die Impedanz der Leitungen (bis 250MHz) keine Rolle. Und dann beachte noch das Murphy'sche Gesetz der HF-Technik: Ein Oszillator schwingt nie, ein Verstärker schwingt immer!
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Hallo mal wieder! Nachdem das Layout jetzt ewig herumlag, hab ich endlich mal dran weitergemacht und wollte Euch nochmal fragen, was ihr von der neuen Version haltet. Folgende Sachen hab ich geändert: - Feedback-Pfad + Widerstand nach bottom - war so auch die Empfehlung von TI, dadurch sollte der Pfad auch kürzer werden - keine GND-Plane (sowohl top, als auch bottom) unter OP und in der Nähe der nicht-impedanzkontrollierten Signalen - hinten am SMA-Stecker hab ich versucht, die Hinweise von branadic zu berücksichtigen: GND-Plane ab der Hälfte vom Widerstand, dahinter die Breite auf die vom SMA-Stecker aufgefächert, Abstand zur top-GND-plane mit AppCad als Coplanarer Waveguide ausgeführt Ansonsten sind mir noch ein paar Sachen unklar, vllt. kann da jemand helfen? 1) Ich hab grundsätzlich versucht, die top-GND-plane möglichst durchgängig zu halten und die ganzen Abblockkondensatoren auch auf top, dafür ist bottom GND-plane nicht so durchgehend. 2) Die positive Versorgungsspannung muss ich einmal unter den nicht-impedanzkontrollierten Leitungen durchführen, das mach ich unter dem Widerstand der die beiden OPs verbindet. Viel besser gehts denke ich nicht? Was mir nicht ganz klar ist, ist wie der Stromlaufplan mit der symmetrischen Versorgungsspannung aussieht. Wäre aber für obige Fragen gut zu wissen. GND gibts ja an den OPs nicht, der Strom läuft supply->OP->Coax->50R->Coax->GND->supply, bzw. teilt sich auf auf supply->Abblockkondensator->supply und Abblockkondensator->OP->Coax->50R->Coax->Abblockkondensator? Danke schonmal!
So klappt das mit den Abblockkondensatoren noch nicht. Die Masse oben und unten müsste man schon noch jeweils unter den ICs verbinden.
Ulrich schrieb: > So klappt das mit den Abblockkondensatoren noch nicht. Die Masse oben > und unten müsste man schon noch jeweils unter den ICs verbinden. Hm, wegen der oben/unten getrennten Masse hatte ich auch schon ein ungutes Gefühl, aber nun ists zu spät, jetzt geht nur noch Silberdraht ;-) Was genau ist der Grund? Der Pfad vom jeweils oberen Abblockkondensator runter zum großen Kondensator? Am besten nahe an der Spannungszuführung die auf bottom liegt entlang, damit da keine große Stromschleife entsteht? Dann würde ich da mal den Silberdraht reinziehen, oder gibts bessere Stellen? Tue mir bei der symmetrischen Versorgung ohne GND an den OPs schwer, da den Stromlaufplan nachzuvollziehen...
Für die OPs ist die Entkopplung zwischen den beiden Spannungsanschlüssen wichtig. Die niederohmige Anbindung zu GND ist zwar schön, aber nicht unbedingt nötig. Es muss also der Kreis von V+ über den Kondensator nach GND dann weiter über V- klein sein. Was fehlt ist so etwas wie eine Verbindung senkrecht unter dem IC. Die Spannungszuführung zu der Kombination IC+Kondensatoren ist unkritisch. In kritischen Anwendungen kommt da ggf. sogar noch ein Ferrit drauf oder Widerstand rein. Beim ersten IC würde ich die Brücke etwa bei den IC Pins 5-8 hinlegen. Beim 2. IC ginge es ggf. direkt am Stecker und/oder direkt unter dem Ausgangswiderstand auf der Unterseite.
@Ulrich: Danke! Ich werde glaub ich erstmal versuchen, bei beiden OPs auf der Oberseite an Pins 5-8 die Brücke hinzulegen. In der Spannungszuführung zu dem ersten großen C hinter dem dann die beiden Abblock-Cs von den OPs hängen habe ich jeweils einen Ferrit in V+ und V- vorgesehen (wie auf dem Demoboard von TI). Mal gucken wie gut das dann alles klappt, werde berichten :-)
Hi. Wollte mal nachfragen ob es hier eigentlich Neuigkeiten gibt oder das Projekt nun komplett gestorben ist? Suche auch gerade einen differentiellen Tastkopf, aber die originalen der Hersteller sind einfach unglaublich teuer :(
Ich hab ein Board mit OPA847, gain=-22.7 + OPA698, gain=-1 bestückt. Weiß allerdings nicht mehr, warum ich diese gain-Kombination gewählt habe, erscheint mir jetzt rückblickend nicht so sinnvoll... Mit der Kombi hab ich jedenfalls etwa 125MHz Bandbreite. In dem Album liegen ein paar Bilder, Messungen und Simulationen https://picasaweb.google.com/113221374926543964982/Diffprobe Anstiegszeit hab ich an dem Fast Edge Ausgang von nem LeCroy gemessen, wenn ich mich recht erinnere hat das Testsignal an dem Ausgang 350ps Anstiegszeit. Für meinen Anwendungsfall ist die probe ganz brauchbar, hab sie schon öfters benutzt. Ansonsten müsste man vermutlich nochmal andere gains probieren und für andere Anwendungen Impedanzwandler vorschalten.
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