Bandbreedte van de oscilloscoop Digitale toepassingen
De ervaring leert ons dat de bandbreedte van een oscilloscoop minstens vijf keer hoger moet zijn dan de snelste digitale kloksnelheid van het geteste systeem. Als we een oscilloscoop selecteren die aan dit criterium voldoet, kan de oscilloscoop de 5e harmonische van het te testen signaal opvangen met minimale signaalverzwakking. De 5e harmonische van het signaal is belangrijk bij het bepalen van de algehele vorm van het digitale signaal. Deze eenvoudige formule houdt echter geen rekening met de werkelijke hoogfrequente componenten in de snel stijgende en dalende flanken als nauwkeurige metingen van hogesnelheidsflanken vereist zijn.
Formule: fBW Groter dan of gelijk aan 5xfclk
Een nauwkeurigere manier om de bandbreedte van een oscilloscoop te bepalen is gebaseerd op de hoogste frequentie die aanwezig is in het digitale signaal, in plaats van op de maximale kloksnelheid. De hoogste frequentie van het digitale signaal hangt af van wat de hoogste randsnelheid in het ontwerp is. Daarom moeten we eerst de stijg- en daaltijden van de snelste signalen in het ontwerp bepalen. Deze informatie kan doorgaans worden verkregen uit de gepubliceerde specificaties van de apparaten die in het ontwerp worden gebruikt.
De maximale "echte" frequentiecomponent van het signaal wordt berekend met behulp van een eenvoudige formule, en Dr. Howard W. Johnson heeft een boek over dit onderwerp geschreven, High Speed Digital Design. In dit boek verwijst hij naar deze frequentiecomponent als de "fknee" -frequentie. Het spectrum van alle snelle randen bevat een oneindig aantal frequentiecomponenten, maar er is een buigpunt (of "knie") waarboven de frequentiecomponenten niet relevant zijn bij het bepalen van de vorm van het signaal. Stap 2: Bereken fknie
fknie=0.5/RT(10%-90%) fknie=0.4/RT(20%-80%)
Voor signalen met stijgtijdkarakteristieken gedefinieerd door de drempel van 10% tot 90%, is de buigfrequentie fknee gelijk aan 0,5 gedeeld door de stijgtijd van het signaal. Voor signalen met stijgtijdkarakteristieken gedefinieerd volgens de drempel van 20% tot 80% (wat de gebruikelijke definitie is in de huidige apparaatspecificaties), is fknee gelijk aan 0,4 gedeeld door de stijgtijd van het signaal. Maar pas op dat u de stijgtijd van het signaal hier niet verwart met de stijgtijdspecificatie van de oscilloscoop; waar we het hier over hebben is de werkelijke signaalflanksnelheid. De derde stap is het bepalen van de bandbreedte van de oscilloscoop die nodig is om het signaal te meten, op basis van het nauwkeurigheidsniveau dat nodig is om de stijg- en daaltijden te meten. Tabel 1 geeft de bandbreedte van de oscilloscoop die nodig is versus fknee voor verschillende nauwkeurigheidseisen voor oscilloscopen met Gaussische frequentierespons of maximale vlakke frequentierespons. Er moet echter aan worden herinnerd dat de meeste oscilloscopen met bandbreedtespecificaties van 1 GHz en lager gewoonlijk Gaussiaans zijn, terwijl oscilloscopen met bandbreedtes groter dan 1 GHz gewoonlijk van het type met maximale vlakke frequentierespons zijn. Tabel 1: Coëfficiënten voor het berekenen van de benodigde bandbreedte van een oscilloscoop op basis van de vereiste nauwkeurigheid en het type frequentierespons van de oscilloscoop Stap 3: Bereken de bandbreedte van de oscilloscoop
Laten we een eenvoudig voorbeeld bekijken:
Bepaal de minimale bandbreedte die nodig is voor een oscilloscoop die een correcte Gaussiaanse frequentierespons heeft bij het meten van een stijgtijd van 500 ps (10-90%); als het signaal een stijgt/daaltijd heeft van ongeveer 500 ps (gedefinieerd door het 10% tot 90% criterium), dan is de maximale werkelijke frequentiecomponent van het signaal, fknee=(0,5/500 ps)=1 GHz
Als bij metingen van de stijgtijd- en daaltijdparameters een timingfout van 20% wordt toegestaan, dan zou een oscilloscoop met een bandbreedte van 1GHz voldoende zijn voor deze digitale meettoepassing. Als de timingnauwkeurigheid echter binnen 3% moet liggen, zou een oscilloscoop met een bandbreedte van 2GHz beter zijn.
20% timingnauwkeurigheid: bandbreedte van de oscilloscoop=1.0x1GHz=1.0GHz
3% timingnauwkeurigheid: bandbreedte van de oscilloscoop=1.9x1GHz=1.9GHz
