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Auteur Sujet: Sonde active DIY  (Lu 2925 fois)

papyblue

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Sonde active DIY
« le: janvier 06, 2020, 08:26:16 pm »

Bonjour,

Voici une suggestion de vidéo: la sonde active.

On trouve sur ebay :https://www.ebay.fr/itm/RF-Active-Sonde-0-1-1500-MHz-1-5-GHZ-Analyseur-Oscilloscope-RF-Cable-Incluse-/333007210112

Que vaut ce produit alors qu'une sonde de marque coûte 100 à 300 fois plus cher ?
Quelles sont ses caractéristiques et limitations par rapport à un produit professionnel ?
Quels services peut rendre cette sonde à un amateur et dans quelle utilisation ?
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Yffig

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Re : Sonde active DIY
« Réponse #1 le: janvier 06, 2020, 09:39:42 pm »

Bonsoir PB et tous mes vœux (santé en premier) !
Ce bidule est un grand classique (publié initialement par Elektor, je pourrais éventuellement retrouver le n° de la revue pour le détail de réalisation du condo de prélèvement C1).
Ça n'a pas vocation à être une sonde de mesure calibrée, c'est juste un petit outil qui permet de prélever une partie d'un signal RF sans trop perturber le montage où tu prélèves ton signal via une capacité d'entrée très faible faite en bidouille...
Tu auras remarqué qu'il n'y a pas de pointe de connexion de "masse".... (ça c'est grave...)
Je pense que c'est, pour le prix et à condition d'y placer une pointe de masse bien propre et bien courte, placée dans un tube métallique, un petit outil utile sans prétention pour, par ex., les analyseurs de spectre d'amateur tel que celui que tu nous as présenté ou un récepteur SDR .
Le Mosfet Dual Gate BF998 utilisé (d'origine Philips pour les tuners TV en UHF, et oui... Elektor est néerlandais aussi) est un excellent choix (faible capa Cgs et très bon facteur de bruit NF), et pas cher en plus (j'en ai utilisé plusieurs fois). Ça doit pouvoir tenir au moins jusqu'au GHz.
Par contre je n'ai aucune idée de l'atténuation apportée par rapport au niveau du signal prélevé, ça doit forcément dépendre de l'impédance au point de prélèvement, donc...
Pour mes besoins de mesure sur analyseur de spectre donc 50 Ω, j'avais acquis une sonde 1:10 passive P-20A:
http://www.auburntec.com/
http://www.auburntec.com/auburn_INFO7.html
et comme ils disent, ce n'est effectivement que 185 $... mais ça mesure bien sous 500 Ω donc sans trop perturber, encore que...
Bonne soirée
Yffig
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papyblue

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Re : Sonde active DIY
« Réponse #2 le: janvier 07, 2020, 09:33:08 am »

Bonjour Yffig,

Je te souhaite à mon tour tous mes vœux pour cette nouvelle année (ainsi qu'à tout le forum).

Je te remercie pour ta réponse qui semble traiter complètement le sujet et apporter des réponses à ceux qui auraient pu s'en poser sur ce produit.
En contrepartie, ta réponse "tue" ma proposition de VIDEO  et il va falloir que je me creuse la tête à nouveau pour proposer à Bertrand un sujet qui n'a pas déjà été traité.(et ce n'est pas facile ! :'( )

PB
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Yffig

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Re : Sonde active DIY
« Réponse #3 le: janvier 07, 2020, 10:00:44 am »

Pour compléter les infos,
- l'article original d'Elektor dans la mine d'or tchèque... https://elektrotanya.com/files/forum/2009/10/e04a036.pdf
- une simple recherche Google "RF Probe DIY Elektor" donne plein de réalisations toutes plus passionnantes les unes que les autres...
Bonne journée
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Électro-Bidouilleur

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Re : Sonde active DIY
« Réponse #4 le: janvier 07, 2020, 03:02:21 pm »

Merci pour la suggestion. J'avais déjà songé à me la construire, celle-ci ou un autre modèle similaire. Mais comme elle est disponible toute faite, je m'en suis commandé une. Et j'en ferai bien sûr une vidéo! Le port vers le Canada est de 15$ US, plus cher que la sonde...
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papyblue

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Re : Sonde active DIY
« Réponse #5 le: janvier 07, 2020, 04:26:46 pm »

Bonjour Bertrand,

Super ! Même si Yffig a déjà bien documenté le sujet, je pense qu'il est encore possible de l'enrichir en montrant des cas pratiques d'utilisation.

Bonne journée.
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Yffig

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Re : Sonde active DIY
« Réponse #6 le: janvier 07, 2020, 07:34:39 pm »

Yes ! Je plussoie le "Super !" de PB.

Cette petite sonde mérite que le Boss la décortique avec son matos HP...Comme cadeau de Noël, je veux bien aussi les mesures du Noise Factor et les S11,S21 et S22...

J'attends aussi avec gourmandise son avis sur la connectique à réaliser pour les pointes de touche.

à PB: je n'avais aucunement l'intention de "spoiler", simplement de mettre mon gros nez sur un petit module que j'avais repéré (de la même source en Ukraine que toi et qu'aujourd'hui je pourrai passer au compteur Geiger Muller grâce à l'éminent membre Ksyrium  ;)

J'avais réalisé une simulation Spice du schéma d'Elektor (Bande passante jusqu'à 3 GHz, Z in, Z out) que je soumets au forum avec les fichiers .lib et .asy nécessaires.
Mes sources concernant le BF998 viennent des excellents tutos faits par l'universitaire allemand et radio amateur Gunthard Kraus:
http://www.gunthard-kraus.de/
Aller sur sa page "English Content": en particulier 4 tutos fantastiques
- 2 sur LT Spice dont un dédié aux RF
- 1 sur Ansoft
- 1 sur 4Nec2, simulateur d'antennes (génial !)
Si j'ai un peu de temps, j’essaierai de simuler le Noise Factor et l'export du S11 avec LT-Spice.
(PS: j'ai un peu de retard sur la rédaction du prochain épisode sur le VNA Audio mais il devrait sortir d'ici la fin de semaine)

Bonne soirée à toutes et à tous

Yffig

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Yffig

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Re : Sonde active DIY
« Réponse #7 le: janvier 08, 2020, 08:25:21 am »

Bonjour,
Oops, j'avais oublié le fichier de simulation .asc ...
Bonne Journée
Yffig
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loulou31

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Re : Sonde active DIY
« Réponse #8 le: janvier 08, 2020, 01:59:21 pm »

Bonjour,
Au vu des simulations cette sonde aurait une attenuation d'environ 20dB et  une impedance de quelques centaines d'ohms audelà de 500MHz. Dans ces conditions pourquoi ne pas utiliser une simple sonde passive faite d'un simple bout de coax 50 Ohms terminé par une résistance de 450 Ohms avec une capa de 100pF en série.
Bertrand on attend ton test avec impatience.

Jean-Louis
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Yffig

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Re : Sonde active DIY
« Réponse #9 le: janvier 08, 2020, 05:33:13 pm »

Bonjour Jean Louis et meilleurs voeux !
Oui, l'atténuation est d'environ 20 db mais c'est avec une source de 50 Ω... Si on "picore" un signal un peu n'importe où avec cette sonde, l'atténuation est à priori inconnue. Si le point de prélèvement était à 50 Ω, il suffirait de souder 2 fils sur une SMA pour prélever et mesurer le signal.
Je suis plutôt de ton avis, l'impédance d'entrée de la sonde (telle que simulée...) se réduit à une capa de quelques 1/10° de pF et pourquoi pas réaliser une sonde passive 1:10 avec une résistance de 450 Ω en série (en réduisant l'impédance d'entrée de la sonde à 50Ω) ?
Bin, d'abord il faudrait compenser en fréquence la 450 Ω et si tu regardes les specs de la sonde passive 50 Ω 1:10 d'Auburn dont j'ai fourni le lien, il y a les courbes de la réponse en fréquence selon les pointes de touche utilisées... C'est pas évident d'aller sonder à 1 GHz, au moins pour un bidouilleur.
Néanmoins pour des fréquences type 144 MHz et sans doute un peu plus, la capa de la sonde devrait permettre, par ex., d'aller jeter un œil sur un oscillateur sans l'arrêter (mais je ne possède pas cette sonde et si je l'avais achetée... j'aurais détruit une sonde de scope bon marché en gardant la pointe et l'anneau de masse pour y placer la classique queue de cochon souvent livrée avec les sondes de scope)
Bertrand et Dave Jones ont présenté , par ex., des sondes EMC pour le champ H réalisées avec du simple coax 50Ω donc il y a peut être une solution bon marché que nous ignorons (au moins moi qui ne dépasse pas la bande VHF Marine et qui ne touche pas une bille en Hypers).
J'attends donc  l'évaluation de Bertrand avec gourmandise.
Bonne soirée
Yffig
« Modifié: janvier 08, 2020, 08:17:02 pm par Yffig »
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papyblue

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Re : Sonde active DIY
« Réponse #10 le: janvier 08, 2020, 09:37:00 pm »

Bonsoir,
Une étude intéressante sur le sujet :
https://cdn.instructables.com/ORIG/FQZ/1QZP/IPJTFO82/FQZ1QZPIPJTFO82.pdf

PB
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Yffig

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Re : Sonde active DIY
« Réponse #11 le: janvier 08, 2020, 10:08:45 pm »

Bonsoir PB,
Petite étude que je trouve bien documentée.
Je ne sais pas pourquoi il trouve un "notch" juste au dessus de 2 Ghz ... ? Ça limiterait l'intérêt de la sonde dans la bande ISM (Bluetooth et Wifi) mais le Boss pourra sans doute tester tout ça.
La polar du BF998 en source commune à Vg1 # +2v me semble curieuse (c'est aussi celle du schéma original et ça donne en sim. Vg1s= +0.7v), mais apparemment le THD baisse (cf. p25).
J'utilise le BF998 en pratique comme buffer à Vg1s = 0v, Vdd = +5v, Vg2s=+ 4v et je mets la résistance de 50 dans le drain... Je vais refaire une sim. pour voir.
Bonne fin de soirée.
Yffig
« Modifié: janvier 10, 2020, 01:41:13 pm par Yffig »
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loulou31

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Re : Sonde active DIY
« Réponse #12 le: janvier 09, 2020, 10:54:16 am »

Bonjour Yffig et meilleurs voeux,

Je veins de regarder et l'atténuationde 20 dB de cette sonde vient du fait que l'entrée avec la capa de 0.5pF fait un diviseur de tension avec les 5pF de la cap d'entrée du FET. En effet le FET en source commune est un étage suiveur avec un gain en tension de 1 (0dB). Après avec une 450 Ohms en série il faut voir si on a besoin de compenser ou non la capacité du cable : à mon avis non car les 50 ohms sont ramenés à l'extrémité du cable ( definition de  de l'impédance caractéristique). Après il faut une 450 Omhs bien resistive en CMS de petite dimensions.

Quoiqu'il arrive avec un sonde ( active ou non) sur un circuit HF il y a beaucoup de chances de perturber le fonctionnement :
- de faire une erreur importante  sur le niveau mesuré
- pour un oscillateur de décaler  la fréquence
- pour un mélangeur de modifier le niveau des produits fréquentiels

Le mieux est en effet d'avoir un sonde de proximité pour mesurer une fréquence ou voir le forme du signal ( modulation). Pour mesurer un niveau ou une fréquence sur un oscillateur il est illusoire de vouloir le faire avec une bonne precision ( en HF une bonne precision c'est 1 ou 2dB!) en se mettant en paralléle sur le circuit. En general quand on utilise un analyseur de spectre on a une très bonne sensibilité et une sonde de proximité sur un circuit est très souvent suffisante pour faire une investigation.

Jean-Louis
« Modifié: janvier 09, 2020, 11:08:03 am par loulou31 »
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Yffig

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Re : Sonde active DIY
« Réponse #13 le: janvier 10, 2020, 10:21:22 am »

Bonjour jean Louis,
Je crains que tu n'aies publié un peu rapidement ton dernier post... A vouloir aller trop vite ou trop simplifier, on se prend facilement les pieds dans le tapis.

Tout d'abord, concernant l'atténuation de 20/21 dB:
Il n'y a pas de capa de 5pF... (Tu as sans doute eu un biais cognitif à cause des 0.5pF qui avec 5 pF donnerait un diviseur capacitif de 0.091 soit 20 à 21 dB mais ce n'est pas ça !
La valeur typique de Cg1s donnée par Philips est de 2.1 pF (cf Datasheet et article d'Elektor). Le diviseur capacitif est alors de 0.5/2.6= 0.19 soit environ -14 dB.
Il manque donc 6 à 7 dB... D'ou viennent ils ?
De 2 causes du montage drain commun (pas source commune comme tu l'indiques, cf https://fr.wikipedia.org/wiki/Drain_commun):
- l'impédance de sortie est d'environ 28 Ω (en module et selon Spice) (et 22 Ω selon la formule donnée par wiki pour une pente de 24mA/V), la charge est de 50 Ω ... il y a donc qq 3 à 4 dB d’atténuation ici
- le gain du drain commun est proche de 1/2 (gmRs# 1, mais Elektor force un peu la polarisation et le gm doit remonter et le gain devrait dépasser 0.5)... il y a encore sans doute qq dB d'atténuation ici.
Voilà les 3 sources d'atténuation, elles fournissent un résultat cohérent avec les affirmations de l'article d'Elektor de -20 dB nominal .
Ces valeurs sont obtenues à partir d'une source 50 Ω, bien évidemment, elles dépendent de l'impédance au point de prélèvement donc ce n'est pas une valeur absolue et définitive.

J'ai pas mal utilisé le BF998 en buffer avec impédance de sortie 50 Ω mais en source commune à Vg1s = 0v ce qui permet de réaliser une impédance d'entrée la plus "propre possible (pas de résistance de source) et avec une résistance de polarisation pour G1 de 100K ( voire moins). Je donne ici les résultats de ce montage comparé à celui d'Elektor (cf PJ): l'impédance de sortie est bien mieux contrôlée et très proche des 50 Ω attendus, le gain (à vide) de la source commune est gm*Rd= 24mA/V*50 soit quasi 1 et la charge de 50Ω en sortie donne une atténuation de 6 dB => on retrouve les 20/21 dB du montage d'Elektor et, bien sûr, la même Zin (en module).
Pour compléter l'analyse j'ai extrait de la simulation SPice les données S11 et S22 (en mode txt et uniquement pour mon buffer source commune) , formaté les données pour créer deux fichiers Touchstone .s1p et affiché les coefficients de réflexion dans RFSim99:
A 1 GHz, limite théorique d'utilisation de la sonde active:
- l'entrée est simulée à 6.8K // 0.42 pF (la capacité devrait être en pratique supérieure, Elektor donne 0.7 pF, en raison du PCB et des stray capacitances). La sonde active démontre ici son énorme avantage par rapport à une sonde passive.
- la sortie, destinée à recevoir un coax 50 Ω, est à 47.8 // 0.68 pF ce qui est excellent.

Bien sûr ces résultats ne sont que des simulation Spice et seules les mesures avec le matos et les précautions adéquates fourniront les vrais résultats.

Concernant tes affirmations qu'une sonde atténuée ne doit pas être compensée et qu'il suffit d'une simple SMD de 450 Ω, je te laisse volontiers la responsabilité de ces affirmations (la charge de la preuve est toujours à celui qui affirme...).
Je joins en PJ la datasheet de la très bonne série (FC) de résistances RF SMD de chez Vishay: DC....40 GHz
Seules les faibles valeurs permettent d'obtenir des bandes passantes allant jusqu'à 3 GHz, donc ce ne peut même pas être une unique 450 Ω.

Bonne journée et à bientôt pour de nouveaux challenges !

Yffig


« Modifié: janvier 10, 2020, 01:46:55 pm par Yffig »
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loulou31

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Re : Sonde active DIY
« Réponse #14 le: janvier 10, 2020, 05:13:57 pm »

Bonjour,

Merci Yffig pour ton analyse complete et détaillée. Oui en effet j'avais fait quelques "grosses  simplifications" dans mon analyse et je te remercie pour ces simulations complémentaires. Pour le schema ou c'est un drain commun et non source commune.

Pour la sonde passive, il faudrait que je simule ça pour voir  s'il y a besoin de compenser la capacité du coax ( en // de la 450 Ohms) ou si du fait de l'impédance caractéristique du cable les 50 ohms de la charge (analyseur) est ramenée directement à l'extrémité du coax....Je suis d'accord qu'il n'est pas facile de trouver des resistances purement résistives à quelques GHz, sans compter l'environnement qu'il faut mettre autour pour que ça fonctionne bien : blindages...

Ceci dit j'ai beaucoup fait de conception et realisation RF quand j'étais plus jeune et j'ai très peu utilisé de sonde active, qui pourtant étaient performantes (HP 54701). On les utilisait surtout  pour mesurer les niveaux de rejection HF sur les alimentations,  dans les PLL.

Bonne soirée
Jean-Louis
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