רוחב פס של יישומים דיגיטליים של האוסילוסקופ

רוחב פס של יישומים דיגיטליים של האוסילוסקופ

הניסיון מלמד אותנו שרוחב הפס של אוסילוסקופ צריך להיות גבוה לפחות פי חמישה מקצב השעון הדיגיטלי המהיר ביותר של המערכת הנבדקת. אם נבחר אוסילוסקופ שעומד בקריטריון זה, אזי האוסילוסקופ יוכל ללכוד את ההרמוניה ה-5 של האות הנבדק עם הנחתה מינימלית של האות. ההרמונית החמישית של האות חשובה בקביעת הצורה הכוללת של האות הדיגיטלי. עם זאת, נוסחה פשוטה זו אינה לוקחת בחשבון את רכיבי התדר הגבוה בפועל הכלולים בקצוות העולים ויורדים במהירות אם נדרשות מדידות מדויקות של קצוות במהירות גבוהה.

נוסחה: fBW גדול או שווה ל-5xfclk

דרך מדויקת יותר לקביעת רוחב הפס של אוסילוסקופ מבוססת על התדר הגבוה ביותר הקיים באות הדיגיטלי, ולא על קצב השעון המרבי. התדר הגבוה ביותר של האות הדיגיטלי תלוי מהי מהירות הקצה המהירה ביותר בעיצוב. לכן, ראשית עלינו לקבוע את זמני העלייה והירידה של האותות המהירים ביותר בתכנון. מידע זה ניתן בדרך כלל מהמפרטים המפורסמים של המכשירים המשמשים בתכנון.

רכיב התדר ה"אמיתי" המרבי של האות מחושב באמצעות נוסחה פשוטה, וד"ר הווארד וו. ג'ונסון כתב ספר בנושא זה, High Speed ​​Digital Design. בספר זה הוא מתייחס למרכיב התדר הזה כאל תדר "fknee". הספקטרום של כל הקצוות המהירים מכיל מספר אינסופי של רכיבי תדר, אך ישנה נקודת נטייה (או "ברך") שמעליה מרכיבי התדר אינם רלוונטיים בקביעת צורת האות. שלב 2: חשב את fknee

fknee=0.5/RT(10%-90%) fknee=0.4/RT(20%-80%)

עבור אותות עם מאפייני זמן עלייה המוגדרים על ידי הסף של 10% עד 90%, תדר ההטיה fknee שווה ל-0.5 חלקי זמן העלייה של האות. עבור אותות עם מאפייני זמן עלייה המוגדרים לפי סף של 20% עד 80% (שהיא ההגדרה המקובלת במפרטי המכשיר של היום), fknee שווה ל-0.4 חלקי זמן העלייה של האות. אבל היזהר לא לבלבל את זמן עליית האות כאן עם מפרט זמן העלייה של האוסילוסקופ; מה שאנחנו מדברים עליו כאן הוא מהירות קצה האות בפועל. השלב השלישי הוא קביעת רוחב הפס של האוסילוסקופ הנדרש למדידת האות בהתבסס על רמת הדיוק הנדרשת למדידת זמני העלייה והירידה. טבלה 1 נותנת את רוחב הפס של האוסילוסקופ הדרוש לעומת fknee עבור דרישות דיוק שונות עבור אוסילוסקופים עם תגובת תדר גאוסית או תגובת תדר שטוחה מקסימלית. עם זאת, יש לזכור שרוב האוסילוסקופים עם מפרט רוחב פס של 1 גיגה-הרץ ומטה הם בדרך כלל גאוסיים, בעוד שאלו עם רוחב פס גדול מ-1 גיגה-הרץ הם בדרך כלל מסוג תגובת התדר השטוח המקסימלי. טבלה 1: מקדמים לחישוב רוחב הפס הנדרש של אוסילוסקופ על סמך הדיוק הנדרש וסוג תגובת התדר של האוסילוסקופ שלב 3: חשב את רוחב הפס של האוסילוסקופ

בואו נעבור על דוגמה פשוטה:
קבע את רוחב הפס המינימלי הנדרש לאוסילוסקופ בעל תגובת תדר גאוסית נכונה בעת מדידת זמן עלייה של 500ps (10-90%); אם לאות יש זמן עלייה/ירידה של כ-500ps (מוגדר על ידי הקריטריון של 10% עד 90%), אזי רכיב התדר האמיתי המרבי של האות, fknee=(0.5/500ps)=1 GHz

אם מותרת שגיאת תזמון של 20% בעת ביצוע מדידות של פרמטרי זמן עלייה וירידה, אז אוסילוסקופ ברוחב פס של 1GHz יהיה הולם עבור יישום מדידה דיגיטלית זה. עם זאת, אם דיוק התזמון נדרש להיות בטווח של 3%, אז אוסילוסקופ ברוחב פס של 2GHz יהיה טוב יותר.

דיוק תזמון של 20%: רוחב פס של אוסילוסקופ=1.0x1GHz=1.0GHz

דיוק תזמון של 3%: רוחב פס של אוסילוסקופ=1.9x1GHz=1.9GHz