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    数字应用需要的示波器带宽
    阅读:      时间:2018/01/24

    经验告诉我们,示波器的带宽至少应比被测系统快的数字时钟速率高5倍。如果我们选择的示波器满足这一标准,那么该示波器就能以小的信号衰减捕捉到被测信号的5次谐波。信号的5次谐波在确定数字信号的整体形状方面非常重要。但如果需要对高速边沿进行测量,那么这个简单的公式并未考虑到快速上升和下降沿中包含的实际高频成分。

      公式:fBW ≥5 x fclk

      确定示波器带宽的一个更准确的方法是根据数字信号中存在的高频率,而不是大时钟速率。数字信号的高频率要看设计中快的边沿速度是。因此,我们首先要确定设计中快的信号的上升和下降时间。这一信息通常可从设计中用器件的公开说明书中获取。

      步:确定快的边沿速度

      然后就可以利用一个简单的公式计算信号的大“实际”频率成分。Howard W. Johnson博士就此题目写过一本书《高速数字设计》。在书中,他将这一频率成分称为“拐点 ”频率(fknee)。有快速边沿的频谱中都包含无限多的频率成分,但其中有一个拐点(或称“knee”),高于该频率的频率成分对于确定信号的形状就无关紧要了。

      第二步:计算fknee

      fknee = 0.5/RT (10% - 90%)

      fknee = 0.4/RT (20% - 80%)

      对于上升时间特性按照10% 到90%阀值定义的信号而言,拐点频率fknee等于0.5除以信号的上升时间。对上升时间特性按照20% 到80%阀值定义的信号而言(如今的器件规范中通常采用这种定义方式),fknee等于0.4除以信号的上升时间。但注意不要把此处的信号上升时间与示波器的上升时间规格混淆了,我们这里说的是实际的信号边沿速度。

      第三步就是根据测量上升时间和下降时间需的程度来确定测量该信号需的示波器带宽。表1给出了对于具备高斯频响或大平坦频响的示波器而言,在各种精度要求下需要的示波器带宽与fknee的关系。但要记住的是,大多数带宽规格在1 GHz及以下的示波器通常都是高斯频响型的,而带宽过1 GHz的通常则为大平坦频响型的。

      表1:根据需要的精度和示波器频率响应的类型计算示波器需带宽的系数

      

     

     

      第三步:计算示波器带宽

      下面我们通过一个简单的例子进行讲解:

      对于在测量500ps上升时间(10-90%)时具有正确的高斯频率响应的示波器,确定其需的小带宽

      如果信号的上升/下降时间约为500ps(按10%到90%的标准定义),那么该信号的大实际频率成分((fknee)就约为1 GHz。

      fknee = (0.5/500ps) = 1 GHz

      如果在进行上升时间和下降时间参数测量时允许20%的定时误差,那么带宽为1 GHz的示波器就能满足该数字测量应用的要求。但如果要求定时精度在3%范围内,那么采用带宽为2GHz的示波器更好。

      20%定时精度:

      示波器带宽=1.0x1GHz=1.0GHz

      3%定时精度:

      示波器带宽=1.9x1GHz=1.9GHz

     

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    深圳市领测仪器仪表有限公司

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