12.2 Дополнительный материал: цифровые сигналы и осциллографические пробники

==808

Красивые иллюстрации ¹³ часто вызывают завистливые вопросы о способах получения таких чётких картинок. Или о том, что, куда и как подключать, пытаясь рассмотреть быстрый сигнал. Это достаточно просто, и, как только вы поймёте принцип, соскочить с правильного пути при работе с сигналом любой частоты будет невозможно. В частности цифровые сигналы имеют резкие переходы, порождающие на экране разного рода артефакты ( звон и завал фронтов ) при попытке использовать обычный «10×» осциллографический пробник с 6" заземляющим хвостом ¹⁴. На рис. 12.30 показано, как выглядит один и тот же сигнал при разных способах его рассмотрения.

Рис. 12.30 Сигнал частотой 10 MHz с выхода 74AC14 с питанием 3.3 V , который можно увидеть на экране осциллографа Tektronix TDS3044B, используя три разных метода работы с пробником. По горизонтали 40 ns/div , по вертикали 20 V/div

==809

Это сигнал 10 MHz с выхода 74AC14, стоящей на макетном поле для беспаечного включения ¹⁵ ( очень сомнительная практика, которая, тем не менее, чаще всего даёт вполне рабочий результат. [* Нет! Не говорите так! Как вы можете, ведь вас могут улышать дети! Это ужасная, УЖАСНАЯ практика! ] ) При монтаже использовались панельки для микросхем с интегрированным развязочным SMT конденсатором, чтобы получить наилучший результат. Нижний луч показывает обычный подход с использованием стандартного «10×» пробника P6139A ( 500 MHz ) с 6" заземляющим хвостом. Выбросы и звон. Это и в самом деле такой сигнал, или просто влияет индуктивность заземления пробника? Правильнее всего выкинуть такие хвосты сразу, снять защитные колпачки рядом с самим щупом и задействовать маленькие пружинные контакты для заземляющего пояска. Средний луч показывает результат: большая часть звона исчезла. Ещё лучше отправить пробник «10×» вслед за заземляющим хвостом ( он всё равно не работает на частоте выше 500 MHz ) и сделать собственный из резистора ( авторам нравится номинал 950 Ω ) и тонкого 50-омного коаксиального кабеля, например, RG-178. Экран надо припаять к ближайшей земляной площадке и подключить кабель к осциллографу в режиме 50-омного входа - вуаля! - работающий ВЧ-пробник «20×» ¹⁶. Верхний луч показывает максимум возможного при монтаже корпуса DIP-14 на беспаечной монтажной плате.

Самодельный пробник на 50 Ω имеет очень низкую цену, поэтому получить четыре луча не составляет никаких проблем. Практически все картинки в книге получены таким способом. Но низкое входное сопротивление ограничивает сферу применения.

Что происходит в более распространённой конфигурации из корпуса для поверхностного монтажа на печатной плате с более высокочастотными сигналами. На рис. 12.31 можно посмотреть, что видно с четырьмя методами съёма сигналов на выходе 74AUC1G04 при временнОм разрешении 4 ns/div , а рис. 12.32 показывает, как процесс измерения выглядит в натуре.

Рис. 12.31 Сигнал 6 ns с выхода инвертора 74AUC1G04, работающего от 1.8 V на экране осциллографа Tektronix TDS3044B. Лучи «A»...«D» соответствуют четырём способам подключения, показанным на рис. 12.32 . По горизонтали 4 ns/div , по вертикали 2 V/div

Теперь пассивный щуп с земляным хвостом ( нижний луч ) выдаёт смазанную трассу с выбросом средней величины. Короткое заземление с пружинным концом ( второй снизу луч ) даёт заметно более качественный результат. Пробник «наколенный» «20×» по-прежнему выглядит ещё лучше. Верхний самый чистый луч получен активным пробником P6243 ( повторителем на полевом транзисторе ). Его входная ёмкость ниже 1 pF , скорость уходит за 1 GHz ( и туда же цена - в район одного килодоллара ¹⁷).

Рис. 12.32 Наблюдение сигнала с использованием пробника. (A) Обычный пассивный пробник «10×» ( Tektronix P6139A ) с 6" заземляющим хвостом. (B) Короткая пружинная насадка на земляной контакт ( Tek 016-1077-00 ) на пассивном пробнике «10×». (C) Самодельный «наколенный» пассивный пробник «20×» для 50-омного входа ( последовательный резистор 953 Ω и 50-омный кабель ). (D) Активный пробник ( Tek P6243 ) с коротким земляным щупом. При рассмотрении сигналов на выводах микросхем с мелким шагом удобно использовать пластиковые направляющие ( например, адаптеры серии Tek «SureFoot» ), одеваемые на щупы ( не показаны ). Они не дают замкнуть соседние выводы

==809

¹³ Взгляните на пару примеров в этой части: рис. 12.18 показывает медленный сигнал, а рис. 12.108 - быстрый. <-

¹⁴ Хвосты ? Ах, да! Надо проверить этих наркоманов в том электронном притоне... За ними нужен глаз, да глаз! Из-за них постоянно приходится доплачивать надзорной инспекции за переработку!

[* Оригинал для ценителей.
Leads? Yeah, sure. I’ll just check with the boys down at the crime lab... they’ve got four more detectives working on the case... they got us working in shifts!
Это цитата всё из того же Большого Лебовского ( что явно не указано, а я не догнал ), которая правильно переводится следующим образом:
Выводы? ( У нас же электроника? ) Ага, щас спрошу ребят из криминалистической... на это дело подкинули еще четырех следаков... пашут круглосуточно! lloyd@caxapa.ru

Основная ошибка перевода: осталось непонятым ( неправильно понятым ) словосочетание «down at», которое я по простоте душевной воспринял буквально, т.е., «в подвале». И сразу смежный отдел превратился в объект наблюдения. Значит, «the crime lab» - это «притон», очевидно же. А кто в притоне ? Наркоманы, понятно. Иначе, зачем детективы такой толпой посменно работают? Присматривают, видимо, и деньги за круглосуточную работу получают. Детективы с электроникой не стыкуются, пусть будет «надзорная инспекция». Плюс, все рождённые в СССР спецы знают фразу: «Радиолюбители - бич народного хозяйства». Вот так вот надмозг и зарождается. Зацените полёт мысли. И на схемы свои гляньте, извращенцы.

Я неплохо выступил на такой короткой фразе, прицепленной в столь странном контексте. Помню, долго над ней медитировал, пытаясь к осциллографам притянуть. Оставлю всё это для истории. Тот самый фрагмент из «Большого Лебовского» в переводе Гоблина. Сцена из фильма . Короче, художественный перевод - это не моё. И, не знаю, как вы, а я по-прежнему не догоняю, к чему здесь именно эта сцена упомянута? Только из-за игры слов Leads-Выводы ? ]

¹⁵ Например, Global Specialties тип UBS-100, или 3M тип 923252. <-

¹⁶ Этот набор доступен в качестве коммерческого продукта фирмы Keysight ( Agilent ) - 54006A «Набор для пассивного пробника-делителя на 6 GHz». Он включает резисторы для делителей 10 : 1 и 20 : 1 и имеет ёмкость всего 0.25 pF ( если укоротить щуп, то и все 0.1 pF ). Можно получить и другие соотношения, т.е. большие сопротивления нагрузки, подобрав нужный номинал среди резисторов серии Caddock MG710. <-

¹⁷ На ∼8 dB меньше в пользованном виде на аукционе. <-