Oscilloskop båndbredde digitale applikasjoner
Erfaring forteller oss at båndbredden til oscilloskopet bør være minst 5 ganger større enn den raskeste digitale klokkefrekvensen til systemet som testes. Hvis oscilloskopet vi velger oppfyller dette kriteriet, kan oscilloskopet fange opp den 5. harmoniske av signalet som testes med minimal signaldempning. Den femte harmoniske av et signal er svært viktig for å bestemme den generelle formen til et digitalt signal. Men hvis nøyaktige målinger av høyhastighetskanter kreves, tar ikke denne enkle formelen hensyn til det faktiske høyfrekvente innholdet i raskt stigende og fallende kanter.
Formel: fBW Større enn eller lik 5xfclk
En mer nøyaktig måte å bestemme et oscilloskops båndbredde på er basert på den høyeste frekvensen i det digitale signalet, i stedet for den maksimale klokkefrekvensen. Den høyeste frekvensen til et digitalt signal avhenger av den raskeste kanthastigheten i designet. Derfor bestemmer vi først stige- og falltidene for de raskeste signalene i designet. Denne informasjonen kan vanligvis hentes fra de publiserte spesifikasjonene til enhetene som brukes i designet.
Bruk en enkel formel for å beregne det maksimale "virkelige" frekvensinnholdet til et signal. Dr. Howard W. Johnson skrev en bok "High-Speed Digital Design" om dette emnet. I boken kaller han denne frekvenskomponenten "knee"-frekvensen (fknee). Alle raske kanter inneholder et uendelig antall frekvenskomponenter i sitt spektrum, men det er et bøyningspunkt (eller "kne") over hvilket frekvenskomponenter er ubetydelige for å bestemme formen på signalet. Trinn 2: Beregn fknee
fkne=0,5/RT(10 %-90%)fkne=0,4/RT(20 %-80%)
For et signal hvis stigetidskarakteristikk er definert i henhold til 10% til 90% terskelen, er knefrekvensen fknee lik 0,5 delt på stigetiden til signalet. For et signal hvis stigetidskarakteristikk er definert av en terskel på 20 % til 80 %, som ofte er tilfellet i dagens enhetsspesifikasjoner, er fknee lik 0,4 delt på signalets stigetid. 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 dette signalet basert på hvor nøyaktig du trenger å måle stige- og falltidene. Tabell 1 viser forholdet mellom nødvendig oscilloskopbåndbredde og fkne under ulike nøyaktighetskrav for et oscilloskop med Gaussisk frekvensrespons eller maksimal flat frekvensrespons. Men husk at de fleste oscilloskop med båndbreddespesifikasjoner på 1GHz og lavere vanligvis er gaussiske frekvensresponstyper, mens de med båndbredder over 1GHz vanligvis er maksimale flate frekvensresponstyper. Tabell 1: Koeffisienter for beregning av nødvendig båndbredde til et oscilloskop basert på nødvendig nøyaktighet og type oscilloskop frekvensrespons Trinn 3: Beregn oscilloskopets båndbredde
La oss forklare det med et enkelt eksempel:
For at et oscilloskop skal ha en korrekt Gaussisk frekvensrespons ved måling av en stigetid på 500ps (10-90%), må du bestemme minimumsbåndbredden som kreves; hvis signalet har en stige-/falltid på omtrent 500ps (definert av 10 % til 90 %-kriteriet), da er den maksimale faktiske frekvenskomponenten til signalet fknee=(0,5/500ps)=1GHz
Hvis en 20 % tidsfeil er tillatt ved målinger av stige- og falltidsparametere, vil et oscilloskop med en båndbredde på 1 GHz være tilstrekkelig for denne digitale måleapplikasjonen. Men hvis tidsnøyaktigheten kreves for å være innenfor 3 %, er det bedre å bruke et oscilloskop med en båndbredde på 2GHz.
20% tidsnøyaktighet: oscilloskopbåndbredde=1.0x1GHz=1.0GHz
3 % tidsnøyaktighet: oscilloskopets båndbredde=1,9x1GHz=1,9GHz
