Šírka pásma osciloskopu Digitálne aplikácie
Skúsenosti nám hovoria, že šírka pásma osciloskopu by mala byť aspoň päťkrát väčšia ako najrýchlejšia rýchlosť digitálnych hodín testovaného systému. Ak vyberieme osciloskop, ktorý spĺňa toto kritérium, tak osciloskop bude schopný zachytiť 5. harmonickú testovaného signálu s minimálnym útlmom signálu. 5. harmonická signálu je dôležitá pri určovaní celkového tvaru digitálneho signálu. Tento jednoduchý vzorec však neberie do úvahy skutočné vysokofrekvenčné zložky obsiahnuté v rýchlo stúpajúcich a klesajúcich hranách, ak sú potrebné presné merania vysokorýchlostných hrán.
Vzorec: fBW Väčšie alebo rovné 5xfclk
Presnejší spôsob určenia šírky pásma osciloskopu je založený na najvyššej frekvencii prítomnej v digitálnom signáli, a nie na maximálnej frekvencii hodín. Najvyššia frekvencia digitálneho signálu závisí od toho, aká je najrýchlejšia okrajová rýchlosť v návrhu. Preto musíme najskôr určiť časy vzostupu a poklesu najrýchlejších signálov v návrhu. Tieto informácie možno zvyčajne získať zo zverejnených špecifikácií zariadení použitých pri návrhu.
Maximálna „skutočná“ frekvenčná zložka signálu sa vypočíta pomocou jednoduchého vzorca a Dr Howard W. Johnson napísal na túto tému knihu High Speed Digital Design. V tejto knihe označuje túto frekvenčnú zložku ako frekvenciu „fknee“. Spektrum všetkých rýchlych hrán obsahuje nekonečné množstvo frekvenčných zložiek, no existuje inflexný bod (alebo „koleno“), nad ktorým sú frekvenčné zložky pri určovaní tvaru signálu irelevantné. Krok 2: Vypočítajte fknee
fkoleno=0.5/RT(10 %-90%) fkoleno=0.4/RT(20%-80%)
Pre signály s charakteristikou doby nábehu definovanou prahom 10% až 90% sa inflexná frekvencia fknee rovná 0,5 vydelená časom nábehu signálu. Pre signály s charakteristikou doby nábehu definovanou podľa prahovej hodnoty 20 % až 80 % (čo je obvyklá definícia v dnešných špecifikáciách zariadení) sa fknee rovná 0,4 delené dobou nábehu signálu. Dávajte však pozor, aby ste si tu nezamieňali čas nábehu signálu so špecifikáciou času nábehu osciloskopu; to, o čom tu hovoríme, je skutočná okrajová rýchlosť signálu. Tretím krokom je určenie šírky pásma osciloskopu potrebnej na meranie signálu na základe úrovne presnosti potrebnej na meranie časov nábehu a poklesu. Tabuľka 1 uvádza potrebnú šírku pásma osciloskopu v porovnaní s fknee pre rôzne požiadavky na presnosť pre osciloskopy s Gaussovou frekvenčnou odozvou alebo maximálnou plochou frekvenčnou odozvou. Malo by sa však pamätať na to, že väčšina osciloskopov so špecifikáciou šírky pásma 1 GHz a menej je zvyčajne gaussovských, zatiaľ čo osciloskopy so šírkou pásma väčšou ako 1 GHz sú zvyčajne typu s maximálnou plochou frekvenčnou odozvou. Tabuľka 1: Koeficienty na výpočet požadovanej šírky pásma osciloskopu na základe požadovanej presnosti a typu frekvenčnej odozvy osciloskopu Krok 3: Výpočet šírky pásma osciloskopu
Poďme si prejsť jednoduchý príklad:
Určite minimálnu šírku pásma potrebnú pre osciloskop, ktorý má správnu Gaussovu frekvenčnú odozvu pri meraní doby nábehu 500ps (10-90%); ak má signál čas vzostupu/klesania približne 500 ps (definovaný kritériom 10 % až 90 %), potom maximálna skutočná frekvenčná zložka signálu, fknee=(0,5/500 ps)=1 GHz
Ak je pri meraní parametrov doby nábehu a doby poklesu povolená chyba časovania 20 %, potom by pre túto aplikáciu digitálneho merania postačoval osciloskop so šírkou pásma 1 GHz. Ak sa však vyžaduje presnosť časovania do 3 %, potom by bol lepší osciloskop so šírkou pásma 2 GHz.
20% presnosť časovania: šírka pásma osciloskopu=1.0x1GHz=1,0GHz
3% presnosť časovania: šírka pásma osciloskopu=1,9x1GHz=1,9GHz
