Цифрові програми пропускної здатності осцилографа
Досвід показує, що пропускна здатність осцилографа повинна бути принаймні в 5 разів більшою за найшвидшу цифрову тактову частоту системи, що тестується. Якщо обраний нами осцилограф відповідає цьому критерію, то він може вловлювати 5-ту гармоніку тестованого сигналу з мінімальним загасанням сигналу. 5-та гармоніка сигналу дуже важлива для визначення загальної форми цифрового сигналу. Але якщо необхідні точні вимірювання високошвидкісних фронтів, ця проста формула не враховує фактичний високочастотний вміст, що міститься у швидких наростаючих і спадаючих фронтах.
Формула: fBW більше або дорівнює 5xfclk
Більш точний спосіб визначення смуги пропускання осцилографа базується на найвищій частоті цифрового сигналу, а не на максимальній тактовій частоті. Найвища частота цифрового сигналу залежить від найвищої швидкості фронту в конструкції. Тому ми спочатку визначаємо час наростання та спаду найшвидших сигналів у проекті. Цю інформацію зазвичай можна отримати з опублікованих специфікацій пристроїв, які використовуються в проекті.
Використовуйте просту формулу, щоб обчислити максимальну «реальну» частоту сигналу. Доктор Говард В. Джонсон написав книгу «Високошвидкісний цифровий дизайн» на цю тему. У книзі він називає цю частотну складову частотою «коліна» (fknee). Усі швидкі фронти містять нескінченну кількість частотних компонентів у своєму спектрі, але є точка перегину (або «коліно»), вище якої частотні компоненти є незначними для визначення форми сигналу. Крок 2: Обчисліть fколіно
fknee=0.5/RT(10%-90%)fknee=0}.4/RT(20%-80%)
Для сигналу, характеристики часу наростання якого визначаються відповідно до порогу від 10% до 90%, частота викривлення fknee дорівнює 0,5, поділена на час наростання сигналу. Для сигналу, характеристики часу наростання якого визначаються порогом від 20% до 80%, як це часто буває в сучасних специфікаціях пристроїв, fknee дорівнює 0,4, поділеному на час наростання сигналу. Але будьте обережні, щоб не сплутати час наростання сигналу тут із специфікацією часу наростання осцилографа. Те, про що ми тут говоримо, це фактична швидкість фронту сигналу. Третій крок полягає у визначенні смуги пропускання осцилографа, необхідної для вимірювання цього сигналу, залежно від того, наскільки точно потрібно виміряти час наростання та спаду. У таблиці 1 показано співвідношення між необхідною смугою пропускання осцилографа та fknee за різними вимогами до точності для осцилографа з частотною характеристикою Гауса або максимальною рівною частотною характеристикою. Але майте на увазі, що більшість осцилографів із специфікаціями смуги пропускання 1 ГГц і нижче зазвичай мають гауссовий тип частотної характеристики, тоді як осцилографи з смугою пропускання понад 1 ГГц зазвичай мають максимально рівну частотну характеристику. Таблиця 1: Коефіцієнти для розрахунку необхідної смуги пропускання осцилографа на основі необхідної точності та типу частотної характеристики осцилографа Крок 3: Розрахуйте смугу пропускання осцилографа
Пояснимо це на простому прикладі:
Щоб осцилограф мав правильну частотну характеристику Гауса під час вимірювання часу наростання 500ps (10-90%), визначте мінімальну необхідну смугу пропускання; якщо сигнал має час наростання/спаду приблизно 500 пс (визначається критерієм від 10% до 90%), то максимальна фактична частотна складова сигналу fknee=(0,5/500 пс)=1ГГц
Якщо при вимірюванні параметрів часу наростання та спаду допускається 20%-на похибка часу, осцилограф із смугою пропускання 1 ГГц буде достатнім для цього застосування цифрових вимірювань. Але якщо потрібна точність синхронізації в межах 3%, то краще використовувати осцилограф із смугою пропускання 2 ГГц.
20% точності синхронізації: смуга пропускання осцилографа=1.0x1GHz=1.0GHz
3% точність синхронізації: смуга пропускання осцилографа=1.9x1GHz=1.9GHz
