Båndbredde til oscilloskopet Digitale applikasjoner
Erfaring forteller oss at båndbredden til et oscilloskop bør være minst fem ganger høyere enn den raskeste digitale klokkefrekvensen til systemet som testes. Hvis vi velger et oscilloskop som oppfyller dette kriteriet, vil oscilloskopet kunne fange opp den 5. harmoniske av signalet som testes med minimal signaldempning. Den femte harmoniske av signalet er viktig for å bestemme den generelle formen til det digitale signalet. Denne enkle formelen tar imidlertid ikke hensyn til de faktiske høyfrekvente komponentene i de raskt stigende og fallende kantene hvis nøyaktige målinger av høyhastighetskanter er nødvendig.
Formel: fBW Større enn eller lik 5xfclk
En mer nøyaktig måte å bestemme båndbredden til et oscilloskop på er basert på den høyeste frekvensen i det digitale signalet, i stedet for den maksimale klokkefrekvensen. Den høyeste frekvensen til det digitale signalet avhenger av hva den raskeste kanthastigheten i designet er. Derfor må vi først bestemme stige- og falltidene for de raskeste signalene i designet. Denne informasjonen kan vanligvis hentes fra de publiserte spesifikasjonene til enhetene som brukes i designet.
Den maksimale "ekte" frekvenskomponenten til signalet beregnes ved hjelp av en enkel formel, og Dr Howard W. Johnson har skrevet en bok om dette emnet, High Speed Digital Design. I denne boken omtaler han denne frekvenskomponenten som "fknee"-frekvensen. Spekteret til alle raske kanter inneholder et uendelig antall frekvenskomponenter, men det er et bøyningspunkt (eller "kne") over hvilket frekvenskomponentene er irrelevante for å bestemme formen på signalet. Trinn 2: Beregn fknee
fkne=0.5/RT(10 %-90%) fkne=0.4/RT(20 %-80%)
For signaler med stigetidskarakteristikk definert av 10% til 90% terskelen, er bøyningsfrekvensen fknee lik 0,5 delt på stigetiden til signalet. For signaler med stigetidskarakteristikk definert i henhold til 20 % til 80 % terskelen (som er den vanlige definisjonen i dagens enhetsspesifikasjoner), er fknee lik 0,4 delt på stigetiden til signalet. Men pass på å ikke forveksle signalets stigetid her med oscilloskopets stigetidsspesifikasjon; det vi snakker om her er den faktiske signalkanthastigheten. Det tredje trinnet er å bestemme oscilloskopets båndbredde som kreves for å måle signalet basert på nivået av nøyaktighet som kreves for å måle stige- og falltidene. Tabell 1 viser oscilloskopets båndbredde som trengs kontra fknee for ulike nøyaktighetskrav for oscilloskop med Gaussisk frekvensrespons eller maksimal flat frekvensrespons. Det bør imidlertid huskes at de fleste oscilloskoper med båndbreddespesifikasjoner på 1 GHz og lavere vanligvis er gaussiske, mens de med båndbredder større enn 1 GHz vanligvis er av typen maksimal flat frekvensrespons. Tabell 1: Koeffisienter for å beregne nødvendig båndbredde til et oscilloskop basert på nøyaktigheten som kreves og typen frekvensrespons til oscilloskopet. Trinn 3: Beregn oscilloskopets båndbredde
La oss gå gjennom et enkelt eksempel:
Bestem minimumsbåndbredden som kreves for et oscilloskop som har en korrekt Gaussisk frekvensrespons ved måling av 500ps stigetid (10-90%); hvis signalet har en stige/falltid på omtrent 500ps (definert av 10 % til 90 % kriteriet), da er den maksimale reelle frekvenskomponenten til signalet, fknee=(0,5/500ps)=1 GHz
Hvis en tidsfeil på 20 % tillates ved målinger av stigetid og falltidsparametere, vil et oscilloskop med en båndbredde på 1GHz være tilstrekkelig for denne digitale måleapplikasjonen. Men hvis tidsnøyaktigheten kreves for å være innenfor 3 %, vil et oscilloskop med en båndbredde på 2GHz være bedre.
20% tidsnøyaktighet: oscilloskopets båndbredde=1.0x1GHz=1.0GHz
3 % tidsnøyaktighet: oscilloskopbåndbredde=1,9x1GHz=1,9GHz
