Oszilloskop-Bandbreite Digitale Anwendungen
Die Erfahrung zeigt, dass die Bandbreite des Oszilloskops mindestens 5-mal größer sein sollte als die schnellste digitale Taktrate des zu testenden Systems. Wenn das von uns gewählte Oszilloskop dieses Kriterium erfüllt, kann es die 5. Harmonische des zu testenden Signals mit minimaler Signaldämpfung erfassen. Die 5. Harmonische eines Signals ist sehr wichtig für die Bestimmung der Gesamtform eines digitalen Signals. Wenn jedoch genaue Messungen von Hochgeschwindigkeitsflanken erforderlich sind, berücksichtigt diese einfache Formel nicht den tatsächlichen Hochfrequenzgehalt, der in schnell steigenden und fallenden Flanken enthalten ist.
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 eines digitalen Signals hängt von der schnellsten Flankengeschwindigkeit im Design ab. Daher bestimmen wir zunächst die Anstiegs- und Abfallzeiten der schnellsten Signale im Design. Diese Informationen können normalerweise den veröffentlichten Spezifikationen der im Design verwendeten Geräte entnommen werden.
Verwenden Sie eine einfache Formel, um den maximalen „echten“ Frequenzinhalt eines Signals zu berechnen. Dr. Howard W. Johnson hat zu diesem Thema ein Buch mit dem Titel „High-Speed Digital Design“ geschrieben. In dem Buch nennt er diese Frequenzkomponente die „Knie“-Frequenz (fknee). Alle schnellen Flanken enthalten eine unendliche Anzahl von Frequenzkomponenten in ihrem Spektrum, aber es gibt einen Wendepunkt (oder „Knie“), oberhalb dessen Frequenzkomponenten für die Bestimmung der Signalform unbedeutend sind. Schritt 2: Berechnen Sie fknee
fKnie=0,5/RT(10 %-90 %)fKnie=0,4/RT(20 %-80 %)
Bei einem Signal, dessen Anstiegszeiteigenschaften gemäß dem Schwellenwert von 10 % bis 90 % definiert sind, entspricht die Kniefrequenz fknee 0,5 geteilt durch die Anstiegszeit des Signals. Bei einem Signal, dessen Anstiegszeiteigenschaften durch einen Schwellenwert von 20 % bis 80 % definiert sind, wie dies in heutigen Gerätespezifikationen häufig der Fall ist, 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 dieses Signals erforderliche Oszilloskopbandbreite zu bestimmen, basierend darauf, wie genau Sie die Anstiegs- und Abfallzeiten messen müssen. Tabelle 1 zeigt die Beziehung zwischen der erforderlichen Oszilloskopbandbreite und fknee unter verschiedenen Genauigkeitsanforderungen für ein Oszilloskop mit gaußförmigem Frequenzgang oder maximal flachem Frequenzgang. Beachten Sie jedoch, dass die meisten Oszilloskope mit Bandbreitenspezifikationen von 1 GHz und darunter normalerweise Typen mit gaußscher Frequenzantwort sind, während solche mit Bandbreiten über 1 GHz normalerweise Typen mit maximal flacher Frequenzantwort sind. Tabelle 1: Koeffizienten zur Berechnung der erforderlichen Bandbreite eines Oszilloskops basierend auf der erforderlichen Genauigkeit und Art der Oszilloskop-Frequenzantwort Schritt 3: Berechnen Sie die Oszilloskop-Bandbreite
Lassen Sie es uns anhand eines einfachen Beispiels erklären:
Damit ein Oszilloskop bei der Messung einer Anstiegszeit von 500ps (10-90%) einen korrekten gaußschen Frequenzgang aufweist, bestimmen Sie die erforderliche Mindestbandbreite. Wenn das Signal eine Anstiegs-/Abfallzeit von ungefähr 500ps aufweist (definiert durch das Kriterium von 10 % bis 90 %), dann beträgt die maximale tatsächliche Frequenzkomponente des Signals fknee=(0,5/500ps)=1GHz
Wenn bei der Messung der Anstiegs- und Abfallzeitparameter ein Zeitfehler von 20 % zulässig ist, reicht für diese digitale Messanwendung ein Oszilloskop mit einer Bandbreite von 1 GHz aus. Wenn die Zeitgenauigkeit jedoch innerhalb von 3 % liegen muss, ist es besser, ein Oszilloskop mit einer Bandbreite von 2 GHz zu verwenden.
20 % Zeitgenauigkeit: Oszilloskopbandbreite=1,0 x 1 GHz=1,0 GHz
3 % Zeitgenauigkeit: Oszilloskopbandbreite=1,9 x 1 GHz=1,9 GHz
