Szerokość pasma oscyloskopu Zastosowania cyfrowe
Doświadczenie podpowiada nam, że szerokość pasma oscyloskopu powinna być co najmniej pięciokrotnie większa niż najszybsza częstotliwość zegara cyfrowego testowanego systemu. Jeśli wybierzemy oscyloskop spełniający to kryterium, to oscyloskop będzie w stanie wychwycić 5. harmoniczną badanego sygnału przy minimalnym tłumieniu sygnału. Piąta harmoniczna sygnału jest ważna przy określaniu ogólnego kształtu sygnału cyfrowego. Jednakże ten prosty wzór nie uwzględnia rzeczywistych składowych wysokiej częstotliwości zawartych w szybko narastających i opadających zboczach, jeśli wymagane są dokładne pomiary szybkich zboczy.
Wzór: fBW Większy lub równy 5xfclk
Bardziej dokładny sposób określenia szerokości pasma oscyloskopu opiera się na najwyższej częstotliwości występującej w sygnale cyfrowym, a nie na maksymalnej częstotliwości taktowania. Najwyższa częstotliwość sygnału cyfrowego zależy od największej prędkości krawędziowej w projekcie. Dlatego najpierw musimy w projekcie określić czasy narastania i opadania najszybszych sygnałów. Informacje te można zwykle uzyskać z opublikowanych specyfikacji urządzeń zastosowanych w projekcie.
Maksymalną „rzeczywistą” składową częstotliwościową sygnału oblicza się za pomocą prostego wzoru, a dr Howard W. Johnson napisał na ten temat książkę pt. High Speed Digital Design. W tej książce nazywa tę składową częstotliwości częstotliwością „fknee”. Widmo wszystkich szybkich krawędzi zawiera nieskończoną liczbę składowych częstotliwości, ale istnieje punkt przegięcia (lub „kolano”), powyżej którego składowe częstotliwości nie mają znaczenia przy określaniu kształtu sygnału. Krok 2: Oblicz fknee
kolano=0.5/RT(10%-90%) kolano=0.4/RT(20%-80%)
Dla sygnałów o charakterystyce czasu narastania zdefiniowanej przez próg od 10% do 90%, częstotliwość przegięcia fknee jest równa 0,5 podzielona przez czas narastania sygnału. W przypadku sygnałów o charakterystyce czasu narastania zdefiniowanej zgodnie z progiem od 20% do 80% (co jest typową definicją w dzisiejszych specyfikacjach urządzeń), fknee wynosi 0,4 podzielone przez czas narastania sygnału. Należy jednak uważać, aby nie pomylić czasu narastania sygnału ze specyfikacją czasu narastania oscyloskopu; mówimy tutaj o rzeczywistej prędkości krawędzi sygnału. Trzecim krokiem jest określenie pasma oscyloskopu wymaganego do pomiaru sygnału w oparciu o poziom dokładności wymagany do pomiaru czasów narastania i opadania. Tabela 1 podaje szerokość pasma oscyloskopu potrzebną w funkcji fknee dla różnych wymagań dotyczących dokładności dla oscyloskopów z charakterystyką częstotliwościową Gaussa lub maksymalną płaską charakterystyką częstotliwościową. Należy jednak pamiętać, że większość oscyloskopów o szerokości pasma 1 GHz i poniżej jest zwykle gaussowska, natomiast oscyloskopy o szerokości większej niż 1 GHz mają zwykle maksymalnie płaską charakterystykę częstotliwościową. Tabela 1: Współczynniki do obliczania wymaganej szerokości pasma oscyloskopu w oparciu o wymaganą dokładność i rodzaj odpowiedzi częstotliwościowej oscyloskopu Krok 3: Obliczanie szerokości pasma oscyloskopu
Przeanalizujmy prosty przykład:
Określ minimalną szerokość pasma wymaganą dla oscyloskopu, który ma prawidłową charakterystykę częstotliwościową Gaussa podczas pomiaru czasu narastania 500 ps (10-90%); jeśli sygnał ma czas narastania/opadania wynoszący około 500 ps (określony przez kryterium od 10% do 90%), to maksymalna rzeczywista składowa częstotliwościowa sygnału, fknee=(0,5/500 ps)=1 GHz
Jeżeli podczas pomiarów parametrów czasu narastania i opadania dopuszczalny jest błąd synchronizacji wynoszący 20%, wówczas do tego zastosowania w pomiarach cyfrowych byłby odpowiedni oscyloskop o szerokości pasma 1 GHz. Jeśli jednak wymagana jest dokładność taktowania w granicach 3%, wówczas lepszy będzie oscyloskop o szerokości pasma 2 GHz.
Dokładność taktowania 20%: szerokość pasma oscyloskopu=1.0x1 GHz=1.0 GHz
Dokładność taktowania 3%: szerokość pasma oscyloskopu=1,9x1 GHz=1,9 GHz
