پهنای باند برنامه های کاربردی دیجیتال اسیلوسکوپ

پهنای باند برنامه های کاربردی دیجیتال اسیلوسکوپ

تجربه به ما می گوید که پهنای باند یک اسیلوسکوپ باید حداقل پنج برابر بیشتر از سریع ترین نرخ ساعت دیجیتال سیستم مورد آزمایش باشد. اگر اسیلوسکوپی را انتخاب کنیم که این معیار را داشته باشد، اسیلوسکوپ قادر خواهد بود تا هارمونیک پنجم سیگنال تحت آزمایش را با حداقل تضعیف سیگنال بگیرد. هارمونیک پنجم سیگنال در تعیین شکل کلی سیگنال دیجیتال مهم است. با این حال، اگر اندازه‌گیری دقیق لبه‌های پرسرعت مورد نیاز باشد، این فرمول ساده، اجزای فرکانس بالا واقعی موجود در لبه‌های بالا و پایین‌رفته را در نظر نمی‌گیرد.

فرمول: fBW بزرگتر یا مساوی با 5xfclk

یک روش دقیق تر برای تعیین پهنای باند یک اسیلوسکوپ بر اساس بالاترین فرکانس موجود در سیگنال دیجیتال است تا حداکثر نرخ کلاک. بالاترین فرکانس سیگنال دیجیتال به این بستگی دارد که سریعترین سرعت لبه در طراحی چقدر باشد. بنابراین، ابتدا باید زمان صعود و سقوط سریعترین سیگنال ها را در طراحی مشخص کنیم. این اطلاعات را معمولا می توان از مشخصات منتشر شده دستگاه های مورد استفاده در طراحی به دست آورد.

حداکثر مولفه فرکانس "واقعی" سیگنال با استفاده از یک فرمول ساده محاسبه می شود و دکتر هاوارد دبلیو جانسون کتابی در این زمینه نوشته است، طراحی دیجیتال با سرعت بالا. او در این کتاب از این مولفه فرکانسی با عنوان فرکانس «fknee» یاد می کند. طیف تمام لبه های سریع شامل بی نهایت مولفه فرکانس است، اما یک نقطه عطف (یا "زانو") وجود دارد که در بالای آن اجزای فرکانس در تعیین شکل سیگنال بی ربط هستند. مرحله 2: محاسبه fknee

fknee٪ 7b٪ 7b0٪ 7d٪ 7d.5٪ 2fRT (10٪ 25٪ 7b٪ 7b3٪ 7d٪ 7d٪ 25) fknee٪ 7b٪ 7b4٪ 7d٪ 7d٪4٪ 2fRT (20٪ 25٪ 7b٪ 7b7٪ 7d٪ 7d٪ 25)

برای سیگنال‌هایی با ویژگی‌های زمان خیز که با آستانه 10% تا 90% تعریف شده‌اند، فرکانس عطف fknee برابر با 0.5 تقسیم بر زمان افزایش سیگنال است. برای سیگنال‌هایی با ویژگی‌های زمان خیز که بر اساس آستانه 20 تا 80 درصد (که تعریف معمول در مشخصات دستگاه امروزی است)، fknee برابر با 0.4 تقسیم بر زمان افزایش سیگنال است. اما مراقب باشید که زمان افزایش سیگنال را در اینجا با مشخصات زمان افزایش اسیلوسکوپ اشتباه نگیرید. آنچه ما در اینجا در مورد آن صحبت می کنیم سرعت لبه سیگنال واقعی است. مرحله سوم تعیین پهنای باند اسیلوسکوپ مورد نیاز برای اندازه‌گیری سیگنال بر اساس سطح دقت مورد نیاز برای اندازه‌گیری زمان‌های صعود و سقوط است. جدول 1 پهنای باند اسیلوسکوپ مورد نیاز در مقابل fknee را برای دقت مورد نیاز برای اسیلوسکوپ‌های با پاسخ فرکانسی گاوسی یا حداکثر پاسخ فرکانس مسطح نشان می‌دهد. البته باید به خاطر داشت که اکثر اسیلوسکوپ‌ها با مشخصات پهنای باند 1 گیگاهرتز و کمتر معمولاً گاوسی هستند، در حالی که آنهایی که پهنای باند بیشتر از 1 گیگاهرتز دارند معمولاً از نوع حداکثر پاسخ فرکانس مسطح هستند. جدول 1: ضرایب محاسبه پهنای باند مورد نیاز اسیلوسکوپ بر اساس دقت مورد نیاز و نوع پاسخ فرکانسی اسیلوسکوپ مرحله 3: محاسبه پهنای باند اسیلوسکوپ

بیایید یک مثال ساده را مرور کنیم:
تعیین حداقل پهنای باند مورد نیاز برای اسیلوسکوپی که پاسخ فرکانس گاوسی صحیحی دارد هنگام اندازه گیری زمان افزایش 500ps (10-90%). اگر سیگنال دارای زمان خیز/سقوط تقریباً 500 ثانیه باشد (تعریف شده با معیار 10٪ تا 90٪)، آنگاه جزء حداکثر فرکانس واقعی سیگنال، fknee=(0.5/500ps)=1 گیگاهرتز

اگر هنگام اندازه‌گیری پارامترهای زمان خیز و سقوط، خطای زمان‌بندی 20 درصد مجاز باشد، یک اسیلوسکوپ با پهنای باند 1 گیگاهرتز برای این کاربرد اندازه‌گیری دیجیتال کافی است. با این حال، اگر دقت زمان‌بندی باید در 3٪ باشد، یک اسیلوسکوپ با پهنای باند 2 گیگاهرتز بهتر است.

20% دقت زمانبندی: پهنای باند اسیلوسکوپ=1.0x1GHz=1.0GHz

3% دقت زمانبندی: پهنای باند اسیلوسکوپ=1.9x1GHz=1.9GHz