Bandbreite des Oszilloskops Digitale Anwendungen
Die Erfahrung zeigt, dass die Bandbreite eines Oszilloskops mindestens fünfmal höher sein sollte als die schnellste digitale Taktrate des zu testenden Systems. Wenn wir ein Oszilloskop auswählen, das dieses Kriterium erfüllt, kann das Oszilloskop die 5. Harmonische des zu testenden Signals mit minimaler Signaldämpfung erfassen. Die 5. Harmonische des Signals ist wichtig für die Bestimmung der Gesamtform des digitalen Signals. Diese einfache Formel berücksichtigt jedoch nicht die tatsächlichen Hochfrequenzkomponenten, die in den schnell steigenden und fallenden Flanken enthalten sind, wenn genaue Messungen von Hochgeschwindigkeitsflanken erforderlich sind.
Formel: fBW größer oder gleich 5xfclk
Eine genauere Methode zur Bestimmung der Bandbreite eines Oszilloskops basiert auf der höchsten im digitalen Signal vorhandenen Frequenz und nicht auf der maximalen Taktrate. Die höchste Frequenz des digitalen Signals hängt von der höchsten Flankengeschwindigkeit im Design ab. Daher müssen wir zunächst die Anstiegs- und Abfallzeiten der schnellsten Signale im Design bestimmen. Diese Informationen können normalerweise den veröffentlichten Spezifikationen der im Design verwendeten Geräte entnommen werden.
Die maximale „reale“ Frequenzkomponente des Signals wird mithilfe einer einfachen Formel berechnet. Dr. Howard W. Johnson hat zu diesem Thema ein Buch geschrieben: High Speed Digital Design. In diesem Buch bezeichnet er diese Frequenzkomponente als „fknee“-Frequenz. Das Spektrum aller schnellen Flanken enthält eine unendliche Anzahl von Frequenzkomponenten, aber es gibt einen Wendepunkt (oder „Knie“), oberhalb dessen die Frequenzkomponenten für die Bestimmung der Signalform irrelevant sind. Schritt 2: fknee berechnen
fKnie=0,5/RT (10 %-90 %) fKnie=0,4/RT (20 %-80 %)
Bei Signalen mit Anstiegszeiteigenschaften, die durch den Schwellenwert von 10 % bis 90 % definiert sind, entspricht die Wendefrequenz fknee 0,5 geteilt durch die Anstiegszeit des Signals. Bei Signalen mit Anstiegszeiteigenschaften, die gemäß dem Schwellenwert von 20 % bis 80 % definiert sind (was der üblichen Definition in heutigen Gerätespezifikationen entspricht), entspricht fknee 0,4 geteilt durch die Anstiegszeit des Signals. Verwechseln Sie hier jedoch nicht die Signalanstiegszeit mit der Anstiegszeitspezifikation des Oszilloskops; wir sprechen hier von der tatsächlichen Signalflankengeschwindigkeit. Der dritte Schritt besteht darin, die zur Messung des Signals erforderliche Oszilloskopbandbreite zu bestimmen, basierend auf dem erforderlichen Genauigkeitsgrad zur Messung der Anstiegs- und Abfallzeiten. Tabelle 1 gibt die im Vergleich zu fknee erforderliche Oszilloskopbandbreite für verschiedene Genauigkeitsanforderungen für Oszilloskope mit gaußförmigem Frequenzgang oder maximal flachem Frequenzgang an. Man sollte jedoch bedenken, dass die meisten Oszilloskope mit Bandbreitenspezifikationen von 1 GHz und darunter normalerweise Gauß-Oszilloskope sind, während solche mit Bandbreiten über 1 GHz normalerweise vom Typ mit maximal flachem Frequenzgang sind. Tabelle 1: Koeffizienten zur Berechnung der erforderlichen Bandbreite eines Oszilloskops basierend auf der erforderlichen Genauigkeit und der Art des Frequenzgangs des Oszilloskops Schritt 3: Berechnen Sie die Bandbreite des Oszilloskops
Sehen wir uns ein einfaches Beispiel an:
Bestimmen Sie die Mindestbandbreite, die für ein Oszilloskop erforderlich ist, das bei der Messung einer Anstiegszeit von 500ps (10-90%) eine korrekte gaußsche Frequenzantwort aufweist. Wenn das Signal eine Anstiegs-/Abfallzeit von ungefähr 500ps aufweist (definiert durch das Kriterium von 10 % bis 90 %), dann beträgt die maximale reale Frequenzkomponente des Signals fknee=(0,5/500ps)=1GHz
Wenn bei der Messung der Anstiegs- und Abfallzeitparameter ein Zeitfehler von 20 % zulässig ist, ist für diese digitale Messanwendung ein Oszilloskop mit einer Bandbreite von 1 GHz ausreichend. Wenn die Zeitgenauigkeit jedoch innerhalb von 3 % liegen muss, ist ein Oszilloskop mit einer Bandbreite von 2 GHz besser geeignet.
20 % Zeitgenauigkeit: Oszilloskopbandbreite=1,0 x 1 GHz=1,0 GHz
3 % Zeitgenauigkeit: Oszilloskopbandbreite=1,9 x 1 GHz=1,9 GHz
