Aplicații digitale cu lățime de bandă a osciloscopului
Experiența ne spune că lățimea de bandă a osciloscopului ar trebui să fie de cel puțin 5 ori mai mare decât cea mai rapidă frecvență de ceas digitală a sistemului testat. Dacă osciloscopul pe care îl alegem îndeplinește acest criteriu, atunci osciloscopul poate capta a 5-a armonică a semnalului testat cu o atenuare minimă a semnalului. A 5-a armonică a unui semnal este foarte importantă în determinarea formei generale a unui semnal digital. Dar dacă sunt necesare măsurători precise ale muchiilor de mare viteză, această formulă simplă nu ține cont de conținutul real de frecvență înaltă conținut în muchiile care cresc și coboară rapid.
Formula: fBW Mai mare sau egal cu 5xfclk
O modalitate mai precisă de a determina lățimea de bandă a unui osciloscop se bazează pe cea mai înaltă frecvență prezentă în semnalul digital, mai degrabă decât pe rata maximă de ceas. Cea mai mare frecvență a unui semnal digital depinde de cea mai rapidă viteză de margine din proiectare. Prin urmare, determinăm mai întâi timpii de creștere și scădere a celor mai rapide semnale din proiectare. Aceste informații pot fi obținute de obicei din specificațiile publicate ale dispozitivelor utilizate în proiectare.
Utilizați o formulă simplă pentru a calcula conținutul maxim de frecvență „real” al unui semnal. Dr. Howard W. Johnson a scris o carte „High-Speed Digital Design” pe această temă. În carte, el numește această componentă de frecvență frecvența „genunchiului” (fknee). Toate marginile rapide conțin un număr infinit de componente de frecvență în spectrul lor, dar există un punct de inflexiune (sau „genunchi”) deasupra căruia componentele de frecvență sunt nesemnificative în determinarea formei semnalului. Pasul 2: Calculați fknee
fgenunchi=0,5/RT(10%-90%)fgenunchi=0,4/RT(20%-80%)
Pentru un semnal ale cărui caracteristici de timp de creștere sunt definite în funcție de pragul de la 10% la 90%, frecvența genunchiului fknee este egală cu 0,5 împărțită la timpul de creștere a semnalului. Pentru un semnal ale cărui caracteristici de timp de creștere sunt definite de un prag de 20% până la 80%, așa cum este adesea cazul în specificațiile dispozitivului de astăzi, fknee este egal cu 0,4 împărțit la timpul de creștere a semnalului. Dar aveți grijă să nu confundați timpul de creștere a semnalului aici cu specificația timpului de creștere a osciloscopului. Ceea ce vorbim aici este viteza reală a marginii semnalului. Al treilea pas este de a determina lățimea de bandă a osciloscopului necesară pentru a măsura acest semnal, în funcție de cât de precis trebuie să măsurați timpii de creștere și coborâre. Tabelul 1 arată relația dintre lățimea de bandă necesară a osciloscopului și fknee în conformitate cu diferite cerințe de precizie pentru un osciloscop cu răspuns în frecvență Gaussian sau răspuns în frecvență plat maxim. Dar rețineți că majoritatea osciloscoapelor cu specificații de lățime de bandă de 1 GHz și mai mici sunt de obicei tipuri de răspuns în frecvență Gaussian, în timp ce cele cu lățimi de bandă de peste 1 GHz sunt de obicei tipuri de răspuns în frecvență plată maximă. Tabelul 1: Coeficienți pentru calcularea lățimii de bandă necesare a unui osciloscop pe baza preciziei necesare și a tipului de răspuns în frecvență al osciloscopului Pasul 3: Calculați lățimea de bandă a osciloscopului
Să o explicăm printr-un exemplu simplu:
Pentru ca un osciloscop să aibă un răspuns în frecvență Gaussian corect atunci când măsoară un timp de creștere de 500ps (10-90%), determinați lățimea de bandă minimă necesară; dacă semnalul are un timp de creștere/cădere de aproximativ 500 ps (definit de criteriul 10% până la 90% ), atunci componenta de frecvență reală maximă a semnalului fknee=(0,5/500ps)=1GHz
Dacă este permisă o eroare de sincronizare de 20% atunci când se efectuează măsurători ale parametrilor de timp de creștere și scădere, un osciloscop cu o lățime de bandă de 1 GHz va fi suficient pentru această aplicație de măsurare digitală. Dar dacă se cere ca precizia de sincronizare să fie de 3%, este mai bine să utilizați un osciloscop cu o lățime de bandă de 2GHz.
20% precizie de sincronizare: lățimea de bandă a osciloscopului=1.0x1GHz=1.0GHz
Precizie de sincronizare de 3%: lățimea de bandă a osciloscopului=1.9x1GHz=1.9GHz
