Oscilloskop båndbredde digitale applikationer
Erfaring fortæller os, at båndbredden af oscilloskopet bør være mindst 5 gange større end den hurtigste digitale clock-rate for systemet, der testes. Hvis det oscilloskop, vi vælger, opfylder dette kriterium, så kan oscilloskopet fange den 5. harmoniske af signalet under test med minimal signaldæmpning. Den 5. harmoniske af et signal er meget vigtig for at bestemme den overordnede form af et digitalt signal. Men hvis der kræves nøjagtige målinger af højhastighedskanter, tager denne enkle formel ikke højde for det faktiske højfrekvensindhold, der er indeholdt i hurtigt stigende og faldende kanter.
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 et digitalt signal afhænger af den hurtigste kanthastighed i designet. Derfor bestemmer vi først 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.
Brug en simpel formel til at beregne det maksimale "rigtige" frekvensindhold i et signal. Dr. Howard W. Johnson skrev en bog "High-Speed Digital Design" om dette emne. I bogen kalder han denne frekvenskomponent for "knæ"-frekvensen (fknæ). Alle hurtige kanter indeholder et uendeligt antal frekvenskomponenter i deres spektrum, men der er et bøjningspunkt (eller "knæ"), over hvilket frekvenskomponenter er ubetydelige til at bestemme signalets form. Trin 2: Beregn fknæ
fknæ=0.5/RT(10 %-90%)fknæ=0.4/RT(20 %-80%)
For et signal, hvis stigetidskarakteristika er defineret i henhold til tærsklen på 10% til 90%, er knæfrekvensen fknee lig med 0,5 divideret med signalets stigetid. For et signal, hvis stigetidskarakteristika er defineret af en tærskel på 20 % til 80 %, som det ofte er tilfældet i nutidens enhedsspecifikationer, er fknee lig med 0,4 divideret med signalets stigetid. 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 dette signal baseret på, hvor nøjagtigt du skal måle stignings- og faldtiderne. Tabel 1 viser forholdet mellem den nødvendige oscilloskopbåndbredde og fknee under forskellige nøjagtighedskrav for et oscilloskop med Gaussisk frekvensrespons eller maksimal flad frekvensrespons. Men husk på, at de fleste oscilloskoper med båndbreddespecifikationer på 1GHz og derunder normalt er Gaussiske frekvensresponstyper, mens dem med båndbredder over 1GHz normalt er maksimale flade frekvensresponstyper. Tabel 1: Koefficienter til beregning af den påkrævede båndbredde af et oscilloskop baseret på den nødvendige nøjagtighed og typen af oscilloskops frekvensrespons Trin 3: Beregn oscilloskopets båndbredde
Lad os forklare det gennem et simpelt eksempel:
For at et oscilloskop skal have en korrekt Gaussisk frekvensrespons ved måling af en 500ps stigetid (10-90%), skal du bestemme den krævede minimumsbåndbredde; hvis signalet har en stigning/faldtid på ca. 500ps (defineret af 10% til 90% kriteriet), så er den maksimale faktiske frekvenskomponent af signalet fknee=(0,5/500ps)=1GHz
Hvis en tidsfejl på 20 % tillades, når der foretages stignings- og faldtidsparametermålinger, vil et oscilloskop med en båndbredde på 1 GHz være tilstrækkeligt til denne digitale måleapplikation. Men hvis timing-nøjagtigheden skal være inden for 3%, er det bedre at bruge et oscilloskop med en båndbredde på 2GHz.
20% timing nøjagtighed: oscilloskop båndbredde=1.0x1GHz=1.0GHz
3 % timing nøjagtighed: oscilloskop båndbredde=1.9x1GHz=1.9GHz
