花50元手搓100MHz的高压差分探头。

开源网址：https://oshwhub.com/adminismk/50mhz-high-voltage-differential-probe性能对标麦科信的那种(测试见第5章)。
在分析它的原理图前，我想先简单说明一下它的作用，我为什么要做它以及它的性能指标。
一、什么是高压差分探头？高压差分探头可以测量高电压差分信号，并将其转换为示波器可接收的低电压信号，进而安全的实现对高压电路的准确观测和分析。
二、为什么要花费精力做这个探头？众所周知，高压差分探头需要搭配示波器使用。
购买一个示波器，就足够掏空打工人的钱包。
再加一个高精度的，可靠的高压差分探头，就得再花上千，自己买一个又谈何容易？所以……本文将提供一个超低成本的DIY方案。

全开源。

电路解析超详细。

不怕你学不会。

三、项目指标/亮点1.技术指标电源输入：4.8V~5.5V，type C接口供电锂电池电压：满电电压4.2V50X增益带宽≥5MHz500X增益带宽≥50MHz输入电压≥800V且不击穿2.功能亮点所有物料是国内的厂商，方便好买支持锂电池和Type-C双电源供电，可边充边用，支持电源路径管理功能共模抑制尽可能的高，以应对工频干扰制作了1200V高耐压输入的差分探头核心运放：SGM8061，500MHz带宽锂电池充电管理芯片：TP4057，充电电流为220mA隔离变换供电芯片：VPS8702，1W输出功率可快速拆卸线缆设计想低成本实现上述指标/亮点，如何设计电路？如何选型？四、电路原理解析充电管理与隔离变换原理图衰减与放大原理图PCB尺寸为35mm100mm，可免费打样。
高压差分探头PCB图下面将电路分为5个模块，解析一下原理。
1.Type-C供电和路径管理①使用D2将type C输入电源分割成为两个电源域，为路径管理行方便；②加入了PD握手识别电阻，支持PD供电头使用；③右手边的LED灯通过分压电阻控制，用于电源指示与电池电量指示。
2.电池充电和路径管理电池充电 采用最便宜的TP4057芯片设计。
电源路径管理 没有找到合适的芯片，所以选择手动切换 电源路径控制（人工智能喔~）（又省下一笔）。
工作原理如下：在使用电池供电，且按键按下的时候，将拉低Q2，Q3的栅极电压使其导通，让其正常工作，二极管 D5可以防止电流倒灌，避免被VPS8702拉低，影响该开关电路的工作。
在使用电源供电时，由VBUS电压经过D5强制拉高Q2，Q3栅极电压，禁止在外接供电时充电。
想避免5V供电直接对电池进行充电的前提是D2这个二极管，需要压差低。
压差太大的二极管会导致实际到达TP4057的电压低，会造成充电电流低等问题。
3.隔离变换供电与稳压滤波隔离电压模块采用VPS8702设计，SOT23-6封装。
变压器采用EPC10设计，其功率容量最大3W。
想降低压差，怎么做？由于应用对象是运放，需要双电源供电，为了降低压差，这里将两个肖特基二极管并联，增加RC串联电路以此降低反向恢复尖峰，降低电源纹波，降低EMI干扰。
其中，U14电容跨接在两个电源的地平面上，可以为变压器的高频干扰提供一个回流路径。
经过电容滤波的纹波高达30mVpp，不满足要求，怎么破？需要经过磁珠的二次滤波。
这里的磁珠规格采用的是2KΩ@100MHz，电流200mA，其中最重要的是后面的两个稳压电阻。
因为后端电路需要消耗一定的电流，使其磁珠产生压差才能让磁珠工作，经过磁珠之后，纹波降低到10mVpp了，这个纹波完全可以接受，经过LDO滤波还能降的更低。
电源处理到此结束了，供给给运放的电源电压是±2.5V，纹波是≤5mVpp的。
受限于示波器底噪，高频变压器的磁干扰，不然应该是能达到手册上描述的50uV的纹波。
4.电压衰减电路与放大器以下是6个设计说明：一个1206电阻的耐压是200V，使用多个进行串联以提高耐压。
并联在电阻上的电容是进行相位补偿 的。
衰减网络设计为500:1，可以兼容 市面上大多数高压差分探头，方便使用由于电阻的精度不能完全满足运放的共模抑制要求，所以需要一个可调电阻 进行微调到合适的值由于运放失调电压的存在，共模抑制调整好了，可能运放的输出轨道会偏，所设计了一个轨偏置电路信号处理电路的最后加上二极管进行钳位，避免大电压冲击运放运放采用SGM8061设计，sot23-5封装，是单通道500MHz高速运放，也是电压反馈型运放。
使用三个高速运放组成仪表放大器，使其具有超高的共模抑制比，高精度输出。
不可避免的是，该运放的输入失调电压真的是太大了，会导致在50X增益时的轨道偏移，我实际贴出来的板子，上面的402欧电阻用的是0.1%精度的，都挽救不了这种情况U15，U17运放组成同向放大器，在断开模拟开关时，增益为1，接通模拟开关时，增益为10注意了。

由于是电压反馈型运放，所需的反馈电阻较大，同时对布线较为敏感，容易自激振荡，所以加上了一个前馈电容，虽然稳住了环路，但是也降低了带宽，实属无奈之举。
根据运放的数据表格，可以看到，在输出增益为+10的时候，带宽是非常低的，只有不到10MHz，再加上前馈电容的影响，实际上还到不了10MHz。
最后的一级运放是作为输出级使用的，一个简单的差分转单端输出，输出端接了一个隔离电路。
这其实也是一个RC低通滤波器电路，避免运放负反馈环路与输出干扰，-3dB带宽是106MHz。
运放的负反馈上的那个前馈电容主要功能是调整方波信号过冲问题，副作用是带宽会降低。
模拟开关基于BL1551B设计，最大导通频率是300MHz，寄生电容约5pF，略大了，V6版本也对负信号输入进行了优化，使其回勾变小，工作频率可以更高。
5.过压检测与告警电路这属于低成本的过压检测。
这个功能是心血来潮加上去的，将TL432当作比较器使用，在低带宽的情况下响应是没问题的。
但工作频率增加之后，光耦是来不及响应的，在高频信号下，功能属于残废状态。
但对于一些低频的开关电源来说也是勉强够用的。
高级一点是使用高速比较器+计时器进行检测与告警，不过电路复杂成本高。
关于电池：电池采用502030规格的，能满足一个半小时的便携式使用，如果觉得电池容量小，可以选用602040规格的。
五、实测说明以东科65W电源实测。
黄线是麦科信100MHz，蓝线是我制作的。
示波器打开了深存储，可以看到虽然有点小振荡，不过并不影响实际测量结果。
反向输入实际测试：效果基本上一模一样。

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