Bandbredd för oscilloskopet Digitala applikationer
Erfarenheten säger oss att bandbredden för ett oscilloskop bör vara minst fem gånger högre än den snabbaste digitala klockfrekvensen för systemet som testas. Om vi väljer ett oscilloskop som uppfyller detta kriterium, kommer oscilloskopet att kunna fånga den 5:e övertonen av signalen som testas med minimal signaldämpning. Den 5:e övertonen i signalen är viktig för att bestämma den digitala signalens övergripande form. Denna enkla formel tar dock inte hänsyn till de faktiska högfrekventa komponenterna som finns i de snabbt stigande och fallande kanterna om noggranna mätningar av höghastighetskanter krävs.
Formel: fBW Större än eller lika med 5xfclk
Ett mer exakt sätt att bestämma bandbredden för ett oscilloskop är baserat på den högsta frekvensen som finns i den digitala signalen, snarare än den maximala klockfrekvensen. Den högsta frekvensen för den digitala signalen beror på vad den snabbaste kanthastigheten i designen är. Därför måste vi först bestämma stig- och falltiderna för de snabbaste signalerna i designen. Denna information kan vanligtvis erhållas från de publicerade specifikationerna för de enheter som används i konstruktionen.
Den maximala "riktiga" frekvenskomponenten för signalen beräknas med en enkel formel, och Dr Howard W. Johnson har skrivit en bok om detta ämne, High Speed Digital Design. I den här boken hänvisar han till denna frekvenskomponent som "fknee"-frekvensen. Spektrumet för alla snabba flanker innehåller ett oändligt antal frekvenskomponenter, men det finns en böjningspunkt (eller "knä") över vilken frekvenskomponenterna är irrelevanta för att bestämma formen på signalen. Steg 2: Beräkna fknee
fknä=0.5/RT(10%-90%) fknä=0.4/RT(20%-80%)
För signaler med stigtidsegenskaper definierade av 10% till 90%-tröskeln, är böjningsfrekvensen fknee lika med 0,5 dividerat med signalens stigtid. För signaler med stigtidsegenskaper definierade enligt tröskeln 20 % till 80 % (vilket är den vanliga definitionen i dagens enhetsspecifikationer) är fknee lika med 0,4 dividerat med signalens stigtid. Men var noga med att inte blanda ihop signalens stigtid här med oscilloskopets stigtidsspecifikation; det vi pratar om här är den faktiska signalkanthastigheten. Det tredje steget är att bestämma oscilloskopets bandbredd som krävs för att mäta signalen baserat på den noggrannhetsnivå som krävs för att mäta stig- och falltiderna. Tabell 1 visar oscilloskopets bandbredd som behövs kontra fknee för olika noggrannhetskrav för oscilloskop med Gaussisk frekvenssvar eller maximalt platt frekvenssvar. Man bör dock komma ihåg att de flesta oscilloskop med bandbreddsspecifikationer på 1 GHz och lägre vanligtvis är gaussiska, medan de med bandbredder som är större än 1 GHz vanligtvis är av typen med maximalt platt frekvenssvar. Tabell 1: Koefficienter för att beräkna den erforderliga bandbredden för ett oscilloskop baserat på den noggrannhet som krävs och typen av frekvenssvar för oscilloskopet Steg 3: Beräkna oscilloskopets bandbredd
Låt oss gå igenom ett enkelt exempel:
Bestäm den minsta bandbredd som krävs för ett oscilloskop som har ett korrekt Gaussiskt frekvenssvar när man mäter 500ps stigtid (10-90%); om signalen har en stig-/falltid på cirka 500ps (definierad av kriteriet 10 % till 90 %), då den maximala verkliga frekvenskomponenten för signalen, fknee=(0,5/500ps)=1 GHz
Om ett tidsfel på 20 % tillåts när man gör mätningar av parametrar för stigtid och falltid, skulle ett oscilloskop med en bandbredd på 1 GHz vara lämpligt för denna digitala mätapplikation. Men om timingnoggrannheten måste ligga inom 3 %, skulle ett oscilloskop med en bandbredd på 2GHz vara bättre.
20% tidsnoggrannhet: oscilloskopets bandbredd=1.0x1GHz=1.0GHz
3 % tidsnoggrannhet: oscilloskopets bandbredd=1,9x1GHz=1,9GHz
