오실로스코프 대역폭 디지털 애플리케이션
경험에 따르면 오실로스코프의 대역폭은 테스트 중인 시스템의 가장 빠른 디지털 클럭 속도보다 최소 5배 더 커야 합니다. 우리가 선택한 오실로스코프가 이 기준을 충족하면 오실로스코프는 신호 감쇠를 최소화하면서 테스트 중인 신호의 5차 고조파를 캡처할 수 있습니다. 신호의 5차 고조파는 디지털 신호의 전체 모양을 결정하는 데 매우 중요합니다. 그러나 고속 에지의 정확한 측정이 필요한 경우 이 간단한 공식은 빠른 상승 및 하강 에지에 포함된 실제 고주파수 성분을 고려하지 않습니다.
공식: fBW 5xfclk보다 크거나 같음
오실로스코프의 대역폭을 결정하는 보다 정확한 방법은 최대 클록 속도가 아닌 디지털 신호에 존재하는 최고 주파수를 기반으로 합니다. 디지털 신호의 최고 주파수는 설계에서 가장 빠른 에지 속도에 따라 달라집니다. 따라서 먼저 설계에서 가장 빠른 신호의 상승 및 하강 시간을 결정합니다. 이 정보는 일반적으로 설계에 사용된 장치의 게시된 사양에서 얻을 수 있습니다.
신호의 최대 "실제" 주파수 성분을 계산하려면 간단한 공식을 사용하십시오. Howard W. Johnson 박사는 이 주제에 관해 "고속 디지털 디자인"이라는 책을 썼습니다. 책에서 그는 이 주파수 성분을 "무릎" 주파수(fknee)라고 부릅니다. 모든 빠른 에지는 스펙트럼에 무한한 수의 주파수 성분을 포함하지만, 신호의 모양을 결정하는 데 주파수 성분이 중요하지 않은 변곡점(또는 "니")이 있습니다. 2단계: fknee 계산
fknee=0.5/RT(10%-90%)fknee=0.4/RT(20%-80%)
상승 시간 특성이 10% ~ 90% 임계값에 따라 정의된 신호의 경우 니 주파수 fknee는 0.5를 신호의 상승 시간으로 나눈 값과 같습니다. 오늘날의 장치 사양에서 종종 발생하는 것처럼 상승 시간 특성이 20% ~ 80% 임계값으로 정의되는 신호의 경우 fknee는 0.4를 신호의 상승 시간으로 나눈 값과 같습니다. 그러나 여기서 신호 상승 시간을 오실로스코프의 상승 시간 사양과 혼동하지 않도록 주의하십시오. 여기서 말하는 것은 실제 신호 에지 속도입니다. 세 번째 단계는 상승 및 하강 시간을 얼마나 정확하게 측정해야 하는지에 따라 이 신호를 측정하는 데 필요한 오실로스코프 대역폭을 결정하는 것입니다. 표 1은 가우스 주파수 응답 또는 최대 평탄 주파수 응답을 갖는 오실로스코프에 대한 다양한 정확도 요구 사항에서 필요한 오실로스코프 대역폭과 fknee 간의 관계를 보여줍니다. 그러나 대역폭 사양이 1GHz 이하인 대부분의 오실로스코프는 일반적으로 가우스 주파수 응답 유형인 반면, 대역폭이 1GHz를 초과하는 오실로스코프는 일반적으로 최대 평탄 주파수 응답 유형이라는 점을 명심하십시오. 표 1: 필요한 정확도와 오실로스코프 주파수 응답 유형을 기반으로 오실로스코프에 필요한 대역폭을 계산하기 위한 계수 3단계: 오실로스코프 대역폭 계산
간단한 예를 통해 설명하자면 다음과 같습니다.
500ps 상승 시간(10-90%)을 측정할 때 오실로스코프가 올바른 가우스 주파수 응답을 가지려면 필요한 최소 대역폭을 결정하십시오. 신호의 상승/하강 시간이 약 500ps인 경우(10% ~ 90% 기준으로 정의) 신호의 최대 실제 주파수 구성 요소는 fknee=(0.5/500ps)=1GHz입니다.
상승 및 하강 시간 매개변수 측정 시 20%의 타이밍 오류가 허용된다면 이 디지털 측정 애플리케이션에는 대역폭이 1GHz인 오실로스코프이면 충분합니다. 그러나 타이밍 정확도가 3% 이내여야 한다면 대역폭이 2GHz인 오실로스코프를 사용하는 것이 좋습니다.
20% 타이밍 정확도: 오실로스코프 대역폭=1.0x1GHz=1.0GHz
3% 타이밍 정확도: 오실로스코프 대역폭=1.9x1GHz=1.9GHz
