Šířka pásma osciloskopu Digitální aplikace
Zkušenosti nám říkají, že šířka pásma osciloskopu by měla být alespoň pětkrát vyšší než nejrychlejší digitální hodinová frekvence testovaného systému. Pokud vybereme osciloskop, který toto kritérium splňuje, pak bude osciloskop schopen zachytit 5. harmonickou testovaného signálu s minimálním útlumem signálu. 5. harmonická signálu je důležitá pro určení celkového tvaru digitálního signálu. Tento jednoduchý vzorec však nebere v úvahu skutečné vysokofrekvenční složky obsažené v rychle náběžné a sestupné hraně, pokud jsou vyžadována přesná měření vysokorychlostních hran.
Vzorec: fBW Větší nebo rovno 5xfclk
Přesnější způsob určení šířky pásma osciloskopu je založen na nejvyšší frekvenci přítomné v digitálním signálu, spíše než na maximální frekvenci hodin. Nejvyšší frekvence digitálního signálu závisí na tom, jaká je v návrhu nejrychlejší hranová rychlost. Proto musíme nejprve v návrhu určit doby náběhu a poklesu nejrychlejších signálů. Tyto informace lze obvykle získat ze zveřejněných specifikací zařízení použitých při návrhu.
Maximální "skutečná" frekvenční složka signálu se vypočítá pomocí jednoduchého vzorce a Dr Howard W. Johnson napsal na toto téma knihu High Speed Digital Design. V této knize označuje tuto frekvenční složku jako „knee“ frekvenci. Spektrum všech rychlých hran obsahuje nekonečné množství frekvenčních složek, ale existuje inflexní bod (neboli „koleno“), nad kterým jsou frekvenční složky při určování tvaru signálu irelevantní. Krok 2: Vypočítejte fknee
fkoleno=0.5/RT(10 %-90%) fkoleno=0.4/RT(20%-80%)
Pro signály s charakteristikou doby náběhu definovanou prahovou hodnotou 10% až 90% se inflexní frekvence fknee rovná 0,5 děleno dobou náběhu signálu. Pro signály s charakteristikou doby náběhu definovanou podle prahové hodnoty 20 % až 80 % (což je obvyklá definice 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 signálu na základě úrovně přesnosti požadované pro měření doby náběhu a poklesu. Tabulka 1 uvádí potřebnou šířku pásma osciloskopu v závislosti na fknee pro různé požadavky na přesnost pro osciloskopy s Gaussovou frekvenční odezvou nebo maximální plochou frekvenční odezvou. Je však třeba mít na paměti, že většina osciloskopů se specifikacemi šířky pásma 1 GHz a nižšími je obvykle gaussovských, zatímco ty se šířkou pásma větší než 1 GHz jsou obvykle typu s maximální plochou frekvenční odezvou. Tabulka 1: Koeficienty pro výpočet požadované šířky pásma osciloskopu na základě požadované přesnosti a typu frekvenční odezvy osciloskopu Krok 3: Výpočet šířky pásma osciloskopu
Pojďme si projít jednoduchý příklad:
Určete minimální šířku pásma potřebnou pro osciloskop, který má správnou Gaussovu frekvenční odezvu při měření doby náběhu 500ps (10-90%); pokud má signál dobu náběhu/doběhu přibližně 500 ps (definováno kritériem 10 % až 90 %), pak maximální reálná frekvenční složka signálu, fknee=(0,5/500 ps)=1 GHz
Pokud je při měření parametrů doby náběhu a doby poklesu povolena chyba časování 20 %, pak by pro tuto aplikaci digitálního měření byl adekvátní osciloskop se šířkou pásma 1 GHz. Pokud je však požadována přesnost časování do 3 %, pak by byl lepší 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
