Ψηφιακές εφαρμογές εύρους ζώνης παλμογράφου
Η εμπειρία μας λέει ότι το εύρος ζώνης του παλμογράφου πρέπει να είναι τουλάχιστον 5 φορές μεγαλύτερο από τον ταχύτερο ρυθμό ψηφιακού ρολογιού του υπό δοκιμή συστήματος. Εάν ο παλμογράφος που επιλέξαμε πληροί αυτό το κριτήριο, τότε ο παλμογράφος μπορεί να συλλάβει την 5η αρμονική του υπό δοκιμή σήματος με ελάχιστη εξασθένηση σήματος. Η 5η αρμονική ενός σήματος είναι πολύ σημαντική για τον προσδιορισμό του συνολικού σχήματος ενός ψηφιακού σήματος. Αλλά εάν απαιτούνται ακριβείς μετρήσεις των άκρων υψηλής ταχύτητας, αυτός ο απλός τύπος δεν λαμβάνει υπόψη το πραγματικό περιεχόμενο υψηλής συχνότητας που περιέχεται στις άκρες που ανεβαίνουν και πέφτουν γρήγορα.
Τύπος: fBW Μεγαλύτερο ή ίσο με 5xfclk
Ένας πιο ακριβής τρόπος προσδιορισμού του εύρους ζώνης ενός παλμογράφου βασίζεται στην υψηλότερη συχνότητα που υπάρχει στο ψηφιακό σήμα και όχι στη μέγιστη συχνότητα ρολογιού. Η υψηλότερη συχνότητα ενός ψηφιακού σήματος εξαρτάται από την ταχύτερη ταχύτητα ακμής στη σχεδίαση. Επομένως, προσδιορίζουμε πρώτα τους χρόνους ανόδου και πτώσης των ταχύτερων σημάτων στη σχεδίαση. Αυτές οι πληροφορίες μπορούν συνήθως να ληφθούν από τις δημοσιευμένες προδιαγραφές των συσκευών που χρησιμοποιούνται στο σχεδιασμό.
Χρησιμοποιήστε έναν απλό τύπο για να υπολογίσετε τη μέγιστη περιεκτικότητα σε «πραγματική» συχνότητα ενός σήματος. Ο Δρ Howard W. Johnson έγραψε ένα βιβλίο "Ψηφιακός Σχεδιασμός Υψηλής Ταχύτητας" για αυτό το θέμα. Στο βιβλίο, αποκαλεί αυτό το στοιχείο συχνότητας συχνότητα «γόνατου» (fknee). Όλες οι γρήγορες ακμές περιέχουν έναν άπειρο αριθμό στοιχείων συχνότητας στο φάσμα τους, αλλά υπάρχει ένα σημείο καμπής (ή «γόνατο») πάνω από το οποίο οι συνιστώσες συχνότητας είναι ασήμαντες για τον προσδιορισμό του σχήματος του σήματος. Βήμα 2: Υπολογίστε το fknee
fknee=0.5/RT(10%-90%) fknee=0.4/RT(20%-80%)
Για ένα σήμα του οποίου τα χαρακτηριστικά χρόνου ανόδου ορίζονται σύμφωνα με το κατώφλι 10% έως 90%, η συχνότητα γονάτου fknee είναι ίση με 0,5 διαιρεμένη με το χρόνο ανόδου του σήματος. Για ένα σήμα του οποίου τα χαρακτηριστικά χρόνου ανόδου ορίζονται από ένα όριο 20% έως 80%, όπως συμβαίνει συχνά στις σημερινές προδιαγραφές της συσκευής, το fknee είναι ίσο με 0,4 διαιρούμενο με το χρόνο ανόδου του σήματος. Προσέξτε όμως να μην συγχέετε τον χρόνο ανόδου του σήματος εδώ με την προδιαγραφή χρόνου ανόδου του παλμογράφου. Αυτό για το οποίο μιλάμε εδώ είναι η πραγματική ταχύτητα ακμής του σήματος. Το τρίτο βήμα είναι να προσδιορίσετε το εύρος ζώνης του παλμογράφου που απαιτείται για τη μέτρηση αυτού του σήματος με βάση την ακρίβεια που χρειάζεστε για να μετρήσετε τους χρόνους ανόδου και πτώσης. Ο Πίνακας 1 δείχνει τη σχέση μεταξύ του απαιτούμενου εύρους ζώνης παλμογράφου και του fknee υπό διάφορες απαιτήσεις ακρίβειας για έναν παλμογράφο με απόκριση Gaussian συχνότητας ή μέγιστη απόκριση επίπεδης συχνότητας. Λάβετε όμως υπόψη ότι οι περισσότεροι παλμογράφοι με προδιαγραφές εύρους ζώνης 1 GHz και κάτω είναι συνήθως τύποι απόκρισης συχνότητας Gauss, ενώ αυτοί με εύρη ζώνης πάνω από 1 GHz είναι συνήθως τύποι απόκρισης μέγιστης επίπεδης συχνότητας. Πίνακας 1: Συντελεστές για τον υπολογισμό του απαιτούμενου εύρους ζώνης ενός παλμογράφου με βάση την απαιτούμενη ακρίβεια και τον τύπο της απόκρισης συχνότητας παλμογράφου Βήμα 3: Υπολογισμός του εύρους ζώνης του παλμογράφου
Ας το εξηγήσουμε με ένα απλό παράδειγμα:
Για να έχει ένας παλμογράφος σωστή απόκριση συχνότητας Gauss κατά τη μέτρηση χρόνου ανόδου 500ps (10-90%), καθορίστε το ελάχιστο απαιτούμενο εύρος ζώνης. εάν το σήμα έχει χρόνο ανόδου/πτώσης περίπου 500ps (καθορίζεται από το κριτήριο 10% έως 90% ), τότε το στοιχείο μέγιστης πραγματικής συχνότητας του σήματος fknee=(0,5/500ps)=1GHz
Εάν επιτρέπεται ένα σφάλμα χρονισμού 20% κατά την πραγματοποίηση μετρήσεων παραμέτρων χρόνου ανόδου και πτώσης, ένας παλμογράφος με εύρος ζώνης 1 GHz θα αρκεί για αυτήν την εφαρμογή ψηφιακής μέτρησης. Αλλά εάν η ακρίβεια χρονισμού απαιτείται να είναι εντός 3%, είναι καλύτερο να χρησιμοποιήσετε έναν παλμογράφο με εύρος ζώνης 2 GHz.
20% ακρίβεια χρονισμού: εύρος ζώνης παλμογράφου=1.0x1GHz=1.0GHz
3% ακρίβεια χρονισμού: εύρος ζώνης παλμογράφου=1.9x1GHz=1.9GHz
