Цифрови приложения с честотна лента на осцилоскоп
Опитът ни казва, че честотната лента на осцилоскопа трябва да бъде поне 5 пъти по-голяма от най-бързата цифрова тактова честота на тестваната система. Ако избраният от нас осцилоскоп отговаря на този критерий, тогава осцилоскопът може да улови 5-тия хармоник на тествания сигнал с минимално затихване на сигнала. Петият хармоник на сигнала е много важен за определяне на цялостната форма на цифровия сигнал. Но ако са необходими точни измервания на високоскоростни ръбове, тази проста формула не отчита действителното високочестотно съдържание, съдържащо се в бързо нарастващи и спадащи ръбове.
Формула: fBW По-голямо или равно на 5xfclk
По-точен начин за определяне на честотната лента на осцилоскоп се основава на най-високата честота, присъстваща в цифровия сигнал, а не на максималната тактова честота. Най-високата честота на цифровия сигнал зависи от най-бързата скорост на ръба в дизайна. Затова първо определяме времето на нарастване и спад на най-бързите сигнали в дизайна. Тази информация обикновено може да бъде получена от публикуваните спецификации на устройствата, използвани при проектирането.
Използвайте проста формула, за да изчислите максималното "реално" честотно съдържание на сигнала. Д-р Хауърд У. Джонсън написа книга "Високоскоростен цифров дизайн" по тази тема. В книгата той нарича този честотен компонент честота на "коляното" (fknee). Всички бързи фронтове съдържат безкраен брой честотни компоненти в своя спектър, но има точка на инфлексия (или "коляно"), над която честотните компоненти са незначителни при определяне на формата на сигнала. Стъпка 2: Изчислете ffee
fknee=0.5/RT(10%-90%)fknee=0.4/RT(20%-80%)
За сигнал, чиито характеристики на времето на нарастване са дефинирани съгласно прага от 10% до 90%, честотата на отклонение fknee е равна на 0,5, разделено на времето на нарастване на сигнала. За сигнал, чиито характеристики на времето на нарастване се определят от праг от 20% до 80%, както често се случва в спецификациите на днешните устройства, fknee е равно на 0,4, разделено на времето на нарастване на сигнала. Но внимавайте да не объркате времето за нарастване на сигнала тук със спецификацията на времето за нарастване на осцилоскопа. Това, за което говорим тук, е действителната скорост на фронта на сигнала. Третата стъпка е да се определи честотната лента на осцилоскопа, необходима за измерване на този сигнал въз основа на това колко точно трябва да измерите времената на нарастване и спадане. Таблица 1 показва връзката между необходимата честотна лента на осцилоскопа и fknee при различни изисквания за точност за осцилоскоп с честотна характеристика на Гаус или максимална равна честотна характеристика. Но имайте предвид, че повечето осцилоскопи със спецификации на честотната лента от 1 GHz и по-ниски обикновено са типове честотна характеристика на Гаус, докато тези с честотна лента над 1 GHz обикновено са типове максимална равна честотна характеристика. Таблица 1: Коефициенти за изчисляване на необходимата честотна лента на осцилоскоп въз основа на изискваната точност и тип честотна характеристика на осцилоскопа Стъпка 3: Изчислете честотната лента на осцилоскопа
Нека го обясним чрез прост пример:
За да може осцилоскопът да има правилна Гаусова честотна характеристика при измерване на време на нарастване от 500ps (10-90%), определете необходимата минимална честотна лента; ако сигналът има време на нарастване/спад от приблизително 500ps (определено от критерия от 10% до 90%), тогава максималният действителен честотен компонент на сигнала fknee=(0,5/500ps)=1GHz
Ако се допуска 20% грешка във времето при извършване на измервания на параметрите на времето на нарастване и спадане, осцилоскоп с честотна лента от 1 GHz ще бъде достатъчен за това приложение за цифрово измерване. Но ако се изисква точността на синхронизирането да бъде в рамките на 3%, по-добре е да използвате осцилоскоп с честотна лента от 2 GHz.
20% точност на времето: честотна лента на осцилоскопа=1.0x1GHz=1.0GHz
3% точност на синхронизацията: честотна лента на осцилоскопа=1.9x1GHz=1.9GHz
