Digitální aplikace šířky pásma osciloskopu
Zkušenosti nám říkají, že šířka pásma osciloskopu by měla být alespoň 5krát větší než nejrychlejší digitální hodinová frekvence testovaného systému. Pokud námi zvolený osciloskop splňuje toto kritérium, pak osciloskop dokáže zachytit 5. harmonickou testovaného signálu s minimálním útlumem signálu. Pátá harmonická signálu je velmi důležitá pro určení celkového tvaru digitálního signálu. Pokud jsou však vyžadována přesná měření vysokorychlostních hran, tento jednoduchý vzorec nebere v úvahu skutečný vysokofrekvenční obsah obsažený v rychle rostoucích a sestupných hranách.
Vzorec: fBW Větší nebo rovno 5xfclk
Přesnější způsob, jak určit šířku pásma osciloskopu, je založen na nejvyšší frekvenci přítomné v digitálním signálu, spíše než na maximální frekvenci hodin. Nejvyšší frekvence digitálního signálu závisí na nejvyšší hranové rychlosti v návrhu. Proto nejprve v návrhu určíme doby náběhu a poklesu nejrychlejších signálů. Tyto informace lze obvykle získat ze zveřejněných specifikací zařízení použitých při návrhu.
Použijte jednoduchý vzorec k výpočtu maximálního "skutečného" frekvenčního obsahu signálu. Dr. Howard W. Johnson napsal na toto téma knihu „High-Speed Digital Design“. V knize nazývá tuto frekvenční složku „kolenní“ frekvence (fknee). Všechny rychlé hrany obsahují ve svém spektru nekonečné množství frekvenčních složek, ale existuje inflexní bod (neboli „koleno“), nad kterým jsou frekvenční složky při určování tvaru signálu nevýznamné. Krok 2: Vypočítejte fknee
fkoleno=0.5/RT(10 %-90%)fkoleno=0.4/RT(20%-80%)
Pro signál, jehož charakteristiky doby náběhu jsou definovány podle prahové hodnoty 10% až 90%, se frekvence kolena fknee rovná 0,5 děleno dobou náběhu signálu. Pro signál, jehož charakteristiky doby náběhu jsou definovány prahovou hodnotou 20 % až 80 %, jak je tomu často v dnešních specifikacích zařízení, se fknee rovná 0,4 děleno dobou náběhu signálu. Ale pozor, nepleťte si zde dobu náběhu signálu se specifikací doby náběhu osciloskopu. To, o čem zde mluvíme, je skutečná okrajová rychlost signálu. Třetím krokem je určení šířky pásma osciloskopu potřebného k měření tohoto signálu na základě toho, jak přesně potřebujete měřit časy náběhu a poklesu. Tabulka 1 ukazuje vztah mezi požadovanou šířkou pásma osciloskopu a fknee při různých požadavcích na přesnost pro osciloskop s Gaussovou frekvenční odezvou nebo maximální plochou frekvenční odezvou. Mějte však na paměti, že většina osciloskopů se specifikacemi šířky pásma 1 GHz a nižšími jsou obvykle typy gaussovské frekvenční odezvy, zatímco ty se šířkou pásma nad 1 GHz jsou obvykle typy s maximální plochou frekvenční odezvou. Tabulka 1: Koeficienty pro výpočet požadované šířky pásma osciloskopu na základě požadované přesnosti a typu frekvenční charakteristiky osciloskopu Krok 3: Výpočet šířky pásma osciloskopu
Pojďme si to vysvětlit na jednoduchém příkladu:
Aby měl osciloskop správnou Gaussovu frekvenční odezvu při měření doby náběhu 500ps (10-90%), určete minimální požadovanou šířku pásma; pokud má signál dobu náběhu/doběhu přibližně 500 ps (definováno kritériem 10 % až 90 % ), pak maximální aktuální frekvenční složka signálu fknee=(0,5/500ps)=1GHz
Pokud je povolena 20% chyba časování při měření parametrů doby náběhu a poklesu, bude pro tuto aplikaci digitálního měření stačit osciloskop se šířkou pásma 1 GHz. Ale pokud je požadována přesnost časování do 3 %, je lepší použít osciloskop s šířkou pásma 2 GHz.
20% přesnost časování: šířka pásma osciloskopu=1.0x1GHz=1.0GHz
3% přesnost časování: šířka pásma osciloskopu=1.9x1GHz=1.9GHz
