Aplicaciones digitales de ancho de banda de osciloscopio
La experiencia nos dice que el ancho de banda del osciloscopio debe ser al menos 5 veces mayor que la frecuencia de reloj digital más rápida del sistema bajo prueba. Si el osciloscopio que elegimos cumple con este criterio, entonces el osciloscopio puede capturar el quinto armónico de la señal bajo prueba con una atenuación mínima de la señal. El quinto armónico de una señal es muy importante para determinar la forma general de una señal digital. Pero si se requieren mediciones precisas de los flancos de alta velocidad, esta sencilla fórmula no tiene en cuenta el contenido real de alta frecuencia contenido en los flancos ascendentes y descendentes rápidos.
Fórmula: fBW Mayor o igual a 5xfclk
Una forma más precisa de determinar el ancho de banda de un osciloscopio se basa en la frecuencia más alta presente en la señal digital, en lugar de en la frecuencia máxima del reloj. La frecuencia más alta de una señal digital depende de la velocidad de borde más rápida en el diseño. Por lo tanto, primero determinamos los tiempos de subida y bajada de las señales más rápidas del diseño. Esta información generalmente se puede obtener de las especificaciones publicadas de los dispositivos utilizados en el diseño.
Utilice una fórmula sencilla para calcular el contenido de frecuencia "real" máximo de una señal. El Dr. Howard W. Johnson escribió un libro "Diseño digital de alta velocidad" sobre este tema. En el libro, llama a este componente de frecuencia frecuencia "rodilla" (fknee). Todos los bordes rápidos contienen un número infinito de componentes de frecuencia en su espectro, pero hay un punto de inflexión (o "rodilla") por encima del cual los componentes de frecuencia son insignificantes para determinar la forma de la señal. Paso 2: Calcular frodilla
frodilla=0.5/RT(10%-90%)frodilla=0.4/RT(20%-80%)
Para una señal cuyas características de tiempo de subida se definen según el umbral del 10% al 90%, la frecuencia de inflexión fknee es igual a 0,5 dividido por el tiempo de subida de la señal. Para una señal cuyas características de tiempo de subida están definidas por un umbral del 20% al 80%, como suele ser el caso en las especificaciones de los dispositivos actuales, fknee es igual a 0,4 dividido por el tiempo de subida de la señal. Pero tenga cuidado de no confundir el tiempo de subida de la señal aquí con la especificación del tiempo de subida del osciloscopio. De lo que estamos hablando aquí es de la velocidad real del borde de la señal. El tercer paso es determinar el ancho de banda del osciloscopio necesario para medir esta señal en función de la precisión con la que se necesitan medir los tiempos de subida y bajada. La Tabla 1 muestra la relación entre el ancho de banda requerido del osciloscopio y fknee bajo diversos requisitos de precisión para un osciloscopio con respuesta de frecuencia gaussiana o respuesta de frecuencia plana máxima. Pero tenga en cuenta que la mayoría de los osciloscopios con especificaciones de ancho de banda de 1 GHz o menos suelen ser tipos de respuesta de frecuencia gaussiana, mientras que aquellos con anchos de banda superiores a 1 GHz suelen ser tipos de respuesta de frecuencia plana máxima. Tabla 1: Coeficientes para calcular el ancho de banda requerido de un osciloscopio según la precisión requerida y el tipo de respuesta de frecuencia del osciloscopio Paso 3: Calcule el ancho de banda del osciloscopio
Expliquemoslo mediante un ejemplo sencillo:
Para que un osciloscopio tenga una respuesta de frecuencia gaussiana correcta al medir un tiempo de subida de 500ps (10-90%), determine el ancho de banda mínimo requerido; Si la señal tiene un tiempo de subida/caída de aproximadamente 500 ps (definido por el criterio del 10% al 90%), entonces el componente de frecuencia real máximo de la señal fknee=(0,5/500 ps)=1GHz
Si se permite un error de sincronización del 20% al realizar mediciones de parámetros de tiempo de subida y bajada, un osciloscopio con un ancho de banda de 1 GHz será suficiente para esta aplicación de medición digital. Pero si se requiere que la precisión de la sincronización esté dentro del 3%, es mejor usar un osciloscopio con un ancho de banda de 2GHz.
Precisión de sincronización del 20%: ancho de banda del osciloscopio=1.0x1GHz=1.0GHz
Precisión de sincronización del 3%: ancho de banda del osciloscopio=1.9x1GHz=1.9GHz
