แอปพลิเคชั่นดิจิตอลแบนด์วิธออสซิลโลสโคป

แอปพลิเคชั่นดิจิตอลแบนด์วิธออสซิลโลสโคป

ประสบการณ์บอกเราว่าแบนด์วิธของออสซิลโลสโคปควรมากกว่าอัตรานาฬิกาดิจิทัลที่เร็วที่สุดอย่างน้อย 5 เท่าของระบบภายใต้การทดสอบ หากออสซิลโลสโคปที่เราเลือกตรงตามเกณฑ์นี้ ออสซิลโลสโคปจะสามารถจับฮาร์มอนิกที่ 5 ของสัญญาณที่ทดสอบโดยมีการลดทอนสัญญาณน้อยที่สุด ฮาร์มอนิกที่ 5 ของสัญญาณมีความสำคัญมากในการกำหนดรูปร่างโดยรวมของสัญญาณดิจิทัล แต่หากต้องการการวัดขอบความเร็วสูงที่แม่นยำ สูตรง่ายๆ นี้จะไม่คำนึงถึงเนื้อหาความถี่สูงจริงที่มีอยู่ในขอบที่เพิ่มขึ้นและลดลงอย่างรวดเร็ว

สูตร: fBW มากกว่าหรือเท่ากับ 5xfclk
วิธีที่แม่นยำยิ่งขึ้นในการกำหนดแบนด์วิดท์ของออสซิลโลสโคปจะขึ้นอยู่กับความถี่สูงสุดที่มีอยู่ในสัญญาณดิจิทัล ไม่ใช่อัตรานาฬิกาสูงสุด ความถี่สูงสุดของสัญญาณดิจิทัลขึ้นอยู่กับความเร็วขอบที่เร็วที่สุดในการออกแบบ ดังนั้นเราจึงกำหนดเวลาขึ้นลงของสัญญาณที่เร็วที่สุดในการออกแบบก่อน ข้อมูลนี้มักจะได้รับจากข้อกำหนดที่เผยแพร่ของอุปกรณ์ที่ใช้ในการออกแบบ

ใช้สูตรง่ายๆ ในการคำนวณเนื้อหาความถี่ "จริง" สูงสุดของสัญญาณ ดร. Howard W. Johnson เขียนหนังสือ "High-Speed ​​Digital Design" ในหัวข้อนี้ ในหนังสือเขาเรียกองค์ประกอบความถี่นี้ว่าความถี่ "เข่า" (fknee) Fast Edge ทั้งหมดมีส่วนประกอบความถี่จำนวนอนันต์ในสเปกตรัม แต่มีจุดเปลี่ยน (หรือ "เข่า") เหนือซึ่งส่วนประกอบความถี่ไม่มีนัยสำคัญในการกำหนดรูปร่างของสัญญาณ ขั้นตอนที่ 2: คำนวณ fknee

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

สำหรับสัญญาณที่มีการกำหนดคุณลักษณะของเวลาที่เพิ่มขึ้นตามเกณฑ์ 10% ถึง 90% ความถี่ของเข่า fknee จะเท่ากับ 0.5 หารด้วยเวลาที่เพิ่มขึ้นของสัญญาณ สำหรับสัญญาณที่มีลักษณะเฉพาะของเวลาที่เพิ่มขึ้นถูกกำหนดโดยเกณฑ์ 20% ถึง 80% ดังเช่นในกรณีในข้อกำหนดเฉพาะของอุปกรณ์ในปัจจุบัน fknee จะเท่ากับ 0.4 หารด้วยเวลาที่เพิ่มขึ้นของสัญญาณ แต่ระวังอย่าให้เวลาที่เพิ่มขึ้นของสัญญาณสับสนกับข้อกำหนดเวลาที่เพิ่มขึ้นของออสซิลโลสโคป สิ่งที่เรากำลังพูดถึงคือความเร็วขอบสัญญาณจริง ขั้นตอนที่สามคือการกำหนดแบนด์วิดท์ของออสซิลโลสโคปที่จำเป็นสำหรับการวัดสัญญาณนี้ โดยพิจารณาจากความแม่นยำที่คุณต้องการในการวัดเวลาขึ้นและลง ตารางที่ 1 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างแบนด์วิธของออสซิลโลสโคปที่ต้องการและ fknee ภายใต้ข้อกำหนดความแม่นยำต่างๆ สำหรับออสซิลโลสโคปที่มีการตอบสนองความถี่แบบเกาส์เซียนหรือการตอบสนองความถี่แบนสูงสุด แต่โปรดจำไว้ว่าออสซิลโลสโคปส่วนใหญ่ที่มีข้อกำหนดแบนด์วิดท์ 1GHz และต่ำกว่า มักจะเป็นประเภทการตอบสนองความถี่แบบเกาส์เซียน ในขณะที่ออสซิลโลสโคปที่มีแบนด์วิดท์มากกว่า 1GHz มักจะเป็นประเภทตอบสนองความถี่แบนสูงสุด ตารางที่ 1: ค่าสัมประสิทธิ์ในการคำนวณแบนด์วิธที่ต้องการของออสซิลโลสโคปตามความแม่นยำที่ต้องการและประเภทของการตอบสนองความถี่ของออสซิลโลสโคป ขั้นตอนที่ 3: คำนวณแบนด์วิธของออสซิลโลสโคป

มาอธิบายด้วยตัวอย่างง่ายๆ:
เพื่อให้ออสซิลโลสโคปมีการตอบสนองความถี่แบบเกาส์เซียนที่ถูกต้องเมื่อวัดเวลาที่เพิ่มขึ้น 500ps (10-90%) ให้กำหนดแบนด์วิดท์ขั้นต่ำที่ต้องการ หากสัญญาณมีเวลาขึ้น/ลงประมาณ 500ps (กำหนดโดยเกณฑ์ 10% ถึง 90%) ดังนั้นองค์ประกอบความถี่จริงสูงสุดของสัญญาณ fknee=(0.5/500ps)=1GHz

หากอนุญาตให้มีข้อผิดพลาดด้านเวลา 20% เมื่อทำการวัดพารามิเตอร์เวลาขึ้นและลง ออสซิลโลสโคปที่มีแบนด์วิธ 1 GHz จะเพียงพอสำหรับแอปพลิเคชันการวัดแบบดิจิทัลนี้ แต่หากความแม่นยำของเวลาต้องอยู่ภายใน 3% ควรใช้ออสซิลโลสโคปที่มีแบนด์วิธ 2GHz จะดีกว่า

ความแม่นยำในการจับเวลา 20%: แบนด์วิดท์ของออสซิลโลสโคป=1.0x1GHz=1.0GHz

ความแม่นยำในการจับเวลา 3%: แบนด์วิดท์ของออสซิลโลสโคป=1.9x1GHz=1.9GHz