Largura de banda do osciloscópio Aplicações digitais
A experiência nos diz que a largura de banda de um osciloscópio deve ser pelo menos cinco vezes maior que a freqüência digital mais rápida do sistema em teste. Se selecionarmos um osciloscópio que atenda a este critério, então o osciloscópio será capaz de capturar o 5º harmônico do sinal em teste com atenuação mínima do sinal. A 5ª harmônica do sinal é importante na determinação da forma geral do sinal digital. No entanto, esta fórmula simples não leva em consideração os componentes reais de alta frequência contidos nas bordas ascendentes e descendentes rápidas se forem necessárias medições precisas das bordas de alta velocidade.
Fórmula: fBW maior ou igual a 5xfclk
Uma maneira mais precisa de determinar a largura de banda de um osciloscópio é baseada na frequência mais alta presente no sinal digital, em vez da frequência máxima do clock. A frequência mais alta do sinal digital depende de qual é a velocidade de borda mais rápida no projeto. Portanto, primeiro precisamos determinar os tempos de subida e descida dos sinais mais rápidos no projeto. Esta informação geralmente pode ser obtida a partir das especificações publicadas dos dispositivos utilizados no projeto.
O componente de frequência "real" máximo do sinal é calculado usando uma fórmula simples, e o Dr. Howard W. Johnson escreveu um livro sobre esse assunto, High Speed Digital Design. Neste livro, ele se refere a esse componente de frequência como frequência “fknee”. O espectro de todas as bordas rápidas contém um número infinito de componentes de frequência, mas há um ponto de inflexão (ou "joelho") acima do qual os componentes de frequência são irrelevantes na determinação da forma do sinal. Etapa 2: calcular o joelho
fjoelho=0.5/RT(10%-90%) fjoelho=0.4/RT(20%-80%)
Para sinais com características de tempo de subida definidas pelo limite de 10% a 90%, a frequência de inflexão fknee é igual a 0,5 dividido pelo tempo de subida do sinal. Para sinais com características de tempo de subida definidas de acordo com o limite de 20% a 80% (que é a definição usual nas especificações atuais dos dispositivos), fknee é igual a 0,4 dividido pelo tempo de subida do sinal. Mas tome cuidado para não confundir o tempo de subida do sinal aqui com a especificação de tempo de subida do osciloscópio; o que estamos falando aqui é a velocidade real da borda do sinal. A terceira etapa é determinar a largura de banda do osciloscópio necessária para medir o sinal com base no nível de precisão necessário para medir os tempos de subida e descida. A Tabela 1 fornece a largura de banda necessária do osciloscópio versus fknee para vários requisitos de precisão para osciloscópios com resposta de frequência gaussiana ou resposta de frequência plana máxima. Deve-se lembrar, entretanto, que a maioria dos osciloscópios com especificações de largura de banda de 1 GHz e abaixo são geralmente gaussianos, enquanto aqueles com larguras de banda superiores a 1 GHz são geralmente do tipo de resposta de frequência plana máxima. Tabela 1: Coeficientes para calcular a largura de banda necessária de um osciloscópio com base na precisão necessária e no tipo de resposta de frequência do osciloscópio Etapa 3: Calcular a largura de banda do osciloscópio
Vejamos um exemplo simples:
Determine a largura de banda mínima necessária para um osciloscópio que tenha uma resposta de frequência gaussiana correta ao medir o tempo de subida de 500ps (10-90%); se o sinal tiver um tempo de subida/descida de aproximadamente 500ps (definido pelo critério de 10% a 90%), então o componente de frequência real máxima do sinal, fknee=(0,5/500ps)=1 GHz
Se um erro de temporização de 20% for permitido ao fazer medições dos parâmetros de tempo de subida e descida, então um osciloscópio com largura de banda de 1 GHz seria adequado para esta aplicação de medição digital. No entanto, se for necessário que a precisão do tempo esteja dentro de 3%, então um osciloscópio com largura de banda de 2 GHz seria melhor.
20% de precisão de tempo: largura de banda do osciloscópio=1.0x1GHz=1,0GHz
3% de precisão de tempo: largura de banda do osciloscópio=1,9x1GHz=1,9GHz
