[Petteri Aimonen] nous présente une sonde différentielle modulaire, comme son entrée dans le Prix Hackaday 2021.

Ce projet montre une implémentation simple et bien polie d’un préamplificateur différentiel à asymétrique, qui permet de sonder un signal différentiel et de l’alimenter à un oscilloscope via un câble BNC.

Éclat de carte PCB pour la protection primaire contre les décharges électrostatiques

Il implémente un amplificateur d’instrumentation classique, où nous avons deux étages d’amplification. Le premier nous donne les options pour un gain de 1 ou 10, si nous en avons besoin, le deuxième étage ayant un gain de 2.

Le circuit restant est une alimentation pour générer les alimentations à double rail nécessaires pour alimenter les amplificateurs opérationnels. Il y a beaucoup de filtrage sur ces rails de sortie ainsi que sur le côté de l’entrée d’alimentation USB pour essayer de garder tout ce bruit d’alimentation à découpage hors du chemin du signal.

Il existe quelques choix de conception intéressants, notamment l’utilisation de matériaux PCB pour les longs bras de sonde amovibles, qui intègrent des éclateurs PCB pour offrir une première défense contre les décharges électrostatiques atteignant les parties les plus délicates du système.

Pourquoi c’est utile

Il existe deux classes principales de signaux dont les ingénieurs électroniciens se soucient : le mode asymétrique et le mode différentiel.

Avec le premier type, le signal est transporté sur un seul fil, qui est défini comme étant référencé à la masse du système commun. Le courant circule le long du fil et retourne à sa source le long du chemin de moindre résistance, au moins aux basses fréquences. À des fréquences plus élevées, le chemin de moindre inductance est plus pertinent. Tout cela est bien beau, tant que vous concevez correctement le PCB.

Le couplage des fils adjacents en raison de la capacité et de l’inductance mutuelles, ainsi que du bruit dans la masse de référence, concourent tous à déformer le signal que nous voulons transmettre sur le fil.

Au fur et à mesure que les fréquences augmentent, et surtout si vous avez affaire à des arêtes vives, avec toute cette puissance supplémentaire d’harmoniques impaires, les choses commencent à se gâter très rapidement. La façon dont nous traitons cela est d’utiliser la signalisation en mode différentiel. C’est là qu’au lieu d’un seul fil, référencé à une certaine notion de masse, nous envoyons le signal sur une paire de fils, où la tension différence entre les fils forme le signal. Tout bruit externe qui s’infiltre dans la paire affectera (espérons-le !) les deux fils de la même manière, formant ce que nous appelons un composant de mode commun. Lorsque vous regardez la différence, ce bruit de mode commun disparaît. (Notre propre [Bil Herd] couvert cela il y a quelque temps.)

Lors du sondage d’un circuit, il est avantageux d’avoir le bon type de sonde ainsi que de comprendre l’effet que la sonde aura sur le circuit en fonctionnement. Si vous avez un signal asymétrique et que vous souhaitez le visualiser sur votre oscilloscope, vous avez le choix entre une sonde passive ou active. Habituellement, une sorte de sonde passive sera la plus disponible. Ceux-ci sont généralement disponibles en versions 50 Ω et 1 MΩ, et vous devez faire attention à utiliser le type de sonde approprié pour votre application.

Pour sonder les signaux différentiels, il est possible d’utiliser une paire de sondes, une pour chaque fil de signal, puis d’utiliser la fonction de différence mathématique de l’oscilloscope pour afficher le signal. C’est assez souvent une mesure désespérée, et ce que vous voulez vraiment, c’est un frontal différentiel dans le matériel. Vous avez besoin d’une sonde active différentielle.

Le circuit est peut-être simple, mais ne sous-estimez pas les ajustements nécessaires pour obtenir de bonnes performances – un petit décalage avec la disposition du PCB, comme le décrit l’auteur, a provoqué des résonances ennuyeuses qui peuvent être difficiles à localiser.

Le projet est toujours en cours de développement, l’auteur montrant le processus au fur et à mesure de l’avancement du projet, mais il a déjà l’air plutôt bien, si vous nous le demandez.

Les sources peuvent être trouvées sur son GitHib, qui utilise tous les outils Open Source, donc c’est assez accessible aussi.