Båndbredde af oscilloskopet Digitale applikationer
Erfaringen fortæller os, at et oscilloskops båndbredde bør være mindst fem gange højere end den hurtigste digitale clock-rate for det system, der testes. Hvis vi vælger et oscilloskop, der opfylder dette kriterium, så vil oscilloskopet være i stand til at fange den 5. harmoniske af signalet under test med minimal signaldæmpning. Den 5. harmoniske af signalet er vigtig for at bestemme den overordnede form af det digitale signal. Denne enkle formel tager dog ikke højde for de faktiske højfrekvente komponenter, der er indeholdt i de hurtigt stigende og faldende kanter, hvis der kræves nøjagtige målinger af højhastighedskanter.
Formel: fBW Større end eller lig med 5xfclk
En mere nøjagtig måde at bestemme et oscilloskops båndbredde på er baseret på den højeste frekvens, der er til stede i det digitale signal, snarere end den maksimale klokfrekvens. Den højeste frekvens af det digitale signal afhænger af, hvad den hurtigste kanthastighed i designet er. Derfor skal vi først bestemme stignings- og faldtiderne for de hurtigste signaler i designet. Disse oplysninger kan normalt fås fra de offentliggjorte specifikationer for de enheder, der anvendes i designet.
Den maksimale "rigtige" frekvenskomponent af signalet beregnes ved hjælp af en simpel formel, og Dr. Howard W. Johnson har skrevet en bog om dette emne, High Speed Digital Design. I denne bog omtaler han denne frekvenskomponent som "fknee"-frekvensen. Spektret af alle hurtige kanter indeholder et uendeligt antal frekvenskomponenter, men der er et bøjningspunkt (eller "knæ"), over hvilket frekvenskomponenterne er irrelevante ved bestemmelse af signalets form. Trin 2: Beregn fknæ
fknæ=0,5/RT(10 %-90%) fknæ=0,4/RT(20 %-80%)
For signaler med stigetidskarakteristika defineret af tærsklen på 10% til 90%, er bøjningsfrekvensen fknee lig med 0,5 divideret med signalets stigetid. For signaler med stigetidskarakteristika defineret i henhold til tærsklen på 20 % til 80 % (som er den sædvanlige definition i dagens enhedsspecifikationer), er fknee lig med 0,4 divideret med stigetiden for signalet. Men pas på ikke at forveksle signalets stigetid her med oscilloskopets stigetidsspecifikation; det, vi taler om her, er den faktiske signalkanthastighed. Det tredje trin er at bestemme oscilloskopets båndbredde, der kræves for at måle signalet, baseret på det nøjagtighedsniveau, der kræves for at måle stignings- og faldtiderne. Tabel 1 viser oscilloskopets båndbredde, der er nødvendig i forhold til fknee for forskellige nøjagtighedskrav til oscilloskoper med Gaussisk frekvensrespons eller maksimal flad frekvensrespons. Det skal dog huskes, at de fleste oscilloskoper med båndbreddespecifikationer på 1 GHz og derunder normalt er gaussiske, mens dem med båndbredder større end 1 GHz normalt er af typen med maksimal flad frekvensrespons. Tabel 1: Koefficienter til beregning af den nødvendige båndbredde for et oscilloskop baseret på den nødvendige nøjagtighed og typen af frekvensgang for oscilloskopet Trin 3: Beregn oscilloskopets båndbredde
Lad os gennemgå et simpelt eksempel:
Bestem den mindste båndbredde, der kræves for et oscilloskop, der har en korrekt Gaussisk frekvensrespons ved måling af 500ps stigetid (10-90%); hvis signalet har en stigning/faldtid på ca. 500ps (defineret af 10 % til 90 % kriteriet), så er den maksimale reelle frekvenskomponent af signalet, fknee=(0,5/500ps)=1 GHz
Hvis en tidsfejl på 20 % tillades, når der foretages målinger af stigetid og faldtidsparametre, så ville et oscilloskop med en båndbredde på 1GHz være tilstrækkeligt til denne digitale måleapplikation. Men hvis det kræves, at timing-nøjagtigheden er inden for 3 %, ville et oscilloskop med en båndbredde på 2GHz være bedre.
20% timing nøjagtighed: oscilloskop båndbredde=1.0x1GHz=1.0GHz
3 % timing nøjagtighed: oscilloskop båndbredde=1,9x1GHz=1,9GHz
