Digitálne aplikácie šírky pásma osciloskopu
Skúsenosti nám hovoria, že šírka pásma osciloskopu by mala byť aspoň 5-krát väčšia ako najrýchlejšia rýchlosť digitálnych hodín testovaného systému. Ak nami zvolený osciloskop spĺňa toto kritérium, potom osciloskop dokáže zachytiť 5. harmonickú testovaného signálu s minimálnym útlmom signálu. 5. harmonická signálu je veľmi dôležitá pri určovaní celkového tvaru digitálneho signálu. Ak sú však potrebné presné merania vysokorýchlostných hrán, tento jednoduchý vzorec neberie do úvahy skutočný vysokofrekvenčný obsah obsiahnutý v rýchlo stúpajúcich a klesajúcich hranách.
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 najrýchlejšej okrajovej rýchlosti v návrhu. Preto najprv v návrhu určíme časy vzostupu a poklesu najrýchlejších signálov. Tieto informácie možno zvyčajne získať zo zverejnených špecifikácií zariadení použitých pri návrhu.
Použite jednoduchý vzorec na výpočet maximálneho "skutočného" frekvenčného obsahu signálu. Dr Howard W. Johnson napísal na túto tému knihu „High-Speed Digital Design“. V knihe nazýva túto frekvenčnú zložku „kolenná“ frekvencia (fknee). Všetky rýchle hrany obsahujú vo svojom spektre nekonečný počet frekvenčných zložiek, no existuje inflexný bod (alebo „koleno“), nad ktorým sú frekvenčné zložky pri určovaní tvaru signálu nepodstatné. Krok 2: Vypočítajte fknee
fkoleno=0.5/RT(10 %-90%)fkoleno=0.4/RT(20%-80%)
Pre signál, ktorého charakteristiky doby nábehu sú definované podľa prahu 10% až 90%, sa frekvencia kolena fknee rovná 0,5 vydelená časom nábehu signálu. Pre signál, ktorého charakteristiky doby nábehu sú definované 20% až 80% prahom, ako je to často v dnešných špecifikáciách zariadení, sa fknee rovná 0,4 delené časom 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 potrebného na meranie tohto signálu na základe toho, ako presne potrebujete merať časy vzostupu a poklesu. Tabuľka 1 ukazuje vzťah medzi požadovanou šírkou pásma osciloskopu a fknee pri rôznych požiadavkách na presnosť pre osciloskop s Gaussovou frekvenčnou odozvou alebo maximálnou plochou frekvenčnou odozvou. Majte však na pamäti, že väčšina osciloskopov so špecifikáciami šírky pásma 1 GHz a menej sú zvyčajne gaussovské typy frekvenčnej odozvy, zatiaľ čo osciloskopy so šírkou pásma nad 1 GHz sú zvyčajne typy s maximálnou plochou frekvenčnou odozvou. Tabuľka 1: Koeficienty pre výpočet požadovanej šírky pásma osciloskopu na základe požadovanej presnosti a typu frekvenčnej odozvy osciloskopu Krok 3: Výpočet šírky pásma osciloskopu
Vysvetlime si to na jednoduchom príklade:
Aby mal osciloskop správnu Gaussovu frekvenčnú odozvu pri meraní doby nábehu 500ps (10-90%), určite minimálnu požadovanú šírku pásma; ak má signál čas nárastu/klesania približne 500 ps (definovaný kritériom 10 % až 90 % ), potom maximálna skutočná frekvenčná zložka signálu fknee=(0,5/500ps)=1GHz
Ak je povolená 20% chyba časovania pri meraní parametrov doby nábehu a poklesu, pre túto aplikáciu digitálneho merania postačí osciloskop so šírkou pásma 1 GHz. Ak sa však vyžaduje presnosť časovania do 3 %, je lepšie použiť 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
