Aplicações digitais de largura de banda do osciloscópio
A experiência nos diz que a largura de banda do osciloscópio deve ser pelo menos 5 vezes maior que a taxa de clock digital mais rápida do sistema em teste. Se o osciloscópio escolhido atender a esse critério, ele poderá capturar o 5º harmônico do sinal em teste com atenuação mínima do sinal. O 5º harmônico de um sinal é muito importante na determinação da forma geral de um sinal digital. Mas se forem necessárias medições precisas de bordas de alta velocidade, esta fórmula simples não leva em consideração o conteúdo real de alta frequência contido nas bordas de subida e descida rápidas.
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 de um sinal digital depende da velocidade de borda mais rápida no projeto. Portanto, primeiro determinamos 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.
Use uma fórmula simples para calcular o conteúdo máximo de frequência “real” de um sinal. Dr. Howard W. Johnson escreveu um livro "High-Speed Digital Design" sobre este tópico. No livro, ele chama esse componente de frequência de frequência “joelho” (fknee). Todas as bordas rápidas contêm um número infinito de componentes de frequência em seu espectro, mas há um ponto de inflexão (ou "joelho") acima do qual os componentes de frequência são insignificantes na determinação da forma do sinal. Etapa 2: calcular o joelho
fjoelho=0.5/RT(10%-90%)fjoelho=0.4/RT(20%-80%)
Para um sinal cujas características de tempo de subida são definidas de acordo com o limite de 10% a 90%, a frequência de joelho fknee é igual a 0,5 dividido pelo tempo de subida do sinal. Para um sinal cujas características de tempo de subida são definidas por um limite de 20% a 80%, como é frequentemente o caso nas especificações de dispositivos atuais, 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 esse sinal com base na precisão necessária para medir os tempos de subida e descida. A Tabela 1 mostra a relação entre a largura de banda necessária do osciloscópio e o fknee sob vários requisitos de precisão para um osciloscópio com resposta de frequência gaussiana ou resposta de frequência plana máxima. Mas tenha em mente que a maioria dos osciloscópios com especificações de largura de banda de 1 GHz e abaixo são geralmente tipos de resposta de frequência gaussiana, enquanto aqueles com larguras de banda acima de 1 GHz são geralmente tipos 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
Vamos explicar através de um exemplo simples:
Para que um osciloscópio tenha uma resposta de frequência gaussiana correta ao medir um tempo de subida de 500ps (10-90%), determine a largura de banda mínima necessária; 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 máximo do sinal fknee=(0,5/500ps)=1GHz
Se um erro de temporização de 20% for permitido ao fazer medições de parâmetros de tempo de subida e descida, um osciloscópio com largura de banda de 1 GHz será suficiente para esta aplicação de medição digital. Mas se a precisão do tempo for necessária dentro de 3%, é melhor usar um osciloscópio com largura de banda de 2 GHz.
20% de precisão de tempo: largura de banda do osciloscópio=1.0x1GHz=1,0GHz
3% de precisão de tempo: largura de banda do osciloscópio=10,9x1GHz=10,9GHz
