Applicazioni digitali con larghezza di banda dell'oscilloscopio
L'esperienza ci dice che la larghezza di banda dell'oscilloscopio dovrebbe essere almeno 5 volte maggiore della frequenza di clock digitale più veloce del sistema in prova. Se l'oscilloscopio che scegliamo soddisfa questo criterio, può catturare la quinta armonica del segnale in prova con un'attenuazione minima del segnale. La quinta armonica di un segnale è molto importante nel determinare la forma complessiva di un segnale digitale. Ma se sono necessarie misurazioni accurate dei fronti ad alta velocità, questa semplice formula non tiene conto del reale contenuto ad alta frequenza contenuto nei fronti di salita e di discesa veloci.
Formula: fBW Maggiore o uguale a 5xfclk
Un modo più accurato per determinare la larghezza di banda di un oscilloscopio si basa sulla frequenza più alta presente nel segnale digitale, piuttosto che sulla frequenza di clock massima. La frequenza più alta di un segnale digitale dipende dalla velocità del fronte più elevata nel progetto. Pertanto, determiniamo innanzitutto i tempi di salita e discesa dei segnali più veloci nel progetto. Queste informazioni possono solitamente essere ottenute dalle specifiche pubblicate dei dispositivi utilizzati nella progettazione.
Utilizza una semplice formula per calcolare il massimo contenuto di frequenza "reale" di un segnale. Il dottor Howard W. Johnson ha scritto un libro "High-Speed Digital Design" su questo argomento. Nel libro, chiama questa componente di frequenza la frequenza del "ginocchio" (fknee). Tutti i fronti veloci contengono un numero infinito di componenti di frequenza nel loro spettro, ma esiste un punto di flesso (o "ginocchio") al di sopra del quale le componenti di frequenza sono insignificanti nel determinare la forma del segnale. Passaggio 2: calcolare fginocchio
fginocchio=0.5/RT(10%-90%)fginocchio=0.4/RT(20%-80%)
Per un segnale le cui caratteristiche del tempo di salita sono definite in base alla soglia dall'10% al 90%, la frequenza del ginocchio fknee è pari a 0,5 diviso per il tempo di salita del segnale. Per un segnale le cui caratteristiche del tempo di salita sono definite da una soglia compresa tra il 20% e l'80%, come spesso accade nelle specifiche dei dispositivi odierni, fknee è pari a 0,4 diviso per il tempo di salita del segnale. Ma fare attenzione a non confondere il tempo di salita del segnale con la specifica del tempo di salita dell'oscilloscopio. Ciò di cui stiamo parlando qui è la velocità effettiva del fronte del segnale. Il terzo passaggio consiste nel determinare la larghezza di banda dell'oscilloscopio necessaria per misurare questo segnale in base alla precisione con cui è necessario misurare i tempi di salita e discesa. La tabella 1 mostra la relazione tra la larghezza di banda richiesta dell'oscilloscopio e fknee in base a vari requisiti di precisione per un oscilloscopio con risposta in frequenza gaussiana o risposta in frequenza massima piatta. Ma tieni presente che la maggior parte degli oscilloscopi con specifiche di larghezza di banda di 1 GHz e inferiori sono generalmente tipi di risposta in frequenza gaussiana, mentre quelli con larghezze di banda superiori a 1 GHz sono solitamente tipi di risposta in frequenza massima piatta. Tabella 1: Coefficienti per il calcolo della larghezza di banda richiesta di un oscilloscopio in base alla precisione richiesta e al tipo di risposta in frequenza dell'oscilloscopio Passaggio 3: Calcolare la larghezza di banda dell'oscilloscopio
Spieghiamolo attraverso un semplice esempio:
Affinché un oscilloscopio abbia una risposta in frequenza gaussiana corretta quando si misura un tempo di salita di 500 ps (10-90%), determinare la larghezza di banda minima richiesta; se il segnale ha un tempo di salita/discesa di circa 500 ps (definito dal criterio dal 10% al 90%), allora la componente di frequenza effettiva massima del segnale fknee=(0,5/500ps)=1GHz
Se durante la misurazione dei parametri del tempo di salita e di discesa è consentito un errore temporale del 20%, per questa applicazione di misurazione digitale sarà sufficiente un oscilloscopio con una larghezza di banda di 1 GHz. Ma se la precisione della temporizzazione deve essere entro il 3%, è meglio utilizzare un oscilloscopio con una larghezza di banda di 2 GHz.
Precisione di temporizzazione del 20%: larghezza di banda dell'oscilloscopio=1.0x1GHz=1.0GHz
Precisione di temporizzazione del 3%: larghezza di banda dell'oscilloscopio=1,9x1GHz=1,9GHz
