Bande passante de l'oscilloscope Applications numériques
L'expérience nous apprend que la bande passante d'un oscilloscope doit être au moins cinq fois supérieure à la fréquence d'horloge numérique la plus rapide du système testé. Si nous sélectionnons un oscilloscope qui répond à ce critère, l'oscilloscope sera alors capable de capturer la 5ème harmonique du signal testé avec une atténuation minimale du signal. La 5ème harmonique du signal est importante pour déterminer la forme globale du signal numérique. Cependant, cette formule simple ne prend pas en compte les composantes haute fréquence réelles contenues dans les fronts montants et descendants rapides si des mesures précises des fronts rapides sont nécessaires.
Formule : fBW Supérieur ou égal à 5xfclk
Une manière plus précise de déterminer la bande passante d'un oscilloscope consiste à se baser sur la fréquence la plus élevée présente dans le signal numérique, plutôt que sur la fréquence d'horloge maximale. La fréquence la plus élevée du signal numérique dépend de la vitesse de front la plus rapide dans la conception. Par conséquent, nous devons d’abord déterminer les temps de montée et de descente des signaux les plus rapides de la conception. Ces informations peuvent généralement être obtenues à partir des spécifications publiées des appareils utilisés dans la conception.
La composante de fréquence « réelle » maximale du signal est calculée à l’aide d’une formule simple, et le Dr Howard W. Johnson a écrit un livre sur ce sujet, High Speed Digital Design. Dans ce livre, il appelle cette composante fréquentielle la fréquence « fgenou ». Le spectre de tous les fronts rapides contient un nombre infini de composantes de fréquence, mais il existe un point d'inflexion (ou « genou ») au-dessus duquel les composantes de fréquence ne sont pas pertinentes pour déterminer la forme du signal. Étape 2 : Calculer le fgenou
fgenou=0,5/RT(10 %-90 %) fgenou=0,4/RT(20 %-80 %)
Pour les signaux dont les caractéristiques de temps de montée sont définies par le seuil de 10 % à 90 %, la fréquence d'inflexion fknee est égale à 0,5 divisé par le temps de montée du signal. Pour les signaux dont les caractéristiques de temps de montée sont définies selon le seuil de 20 à 80 % (qui est la définition habituelle dans les spécifications des appareils actuels), fknee est égal à 0,4 divisé par le temps de montée du signal. Mais veillez à ne pas confondre ici le temps de montée du signal avec la spécification du temps de montée de l'oscilloscope ; ce dont nous parlons ici, c'est de la vitesse réelle du front du signal. La troisième étape consiste à déterminer la bande passante de l'oscilloscope requise pour mesurer le signal en fonction du niveau de précision requis pour mesurer les temps de montée et de descente. Le tableau 1 indique la bande passante de l'oscilloscope nécessaire par rapport au fknee pour diverses exigences de précision pour les oscilloscopes avec réponse en fréquence gaussienne ou réponse en fréquence plate maximale. Il convient toutefois de rappeler que la plupart des oscilloscopes dont la bande passante est inférieure ou égale à 1 GHz sont généralement gaussiens, tandis que ceux dont la bande passante est supérieure à 1 GHz sont généralement du type à réponse en fréquence plate maximale. Tableau 1 : Coefficients de calcul de la bande passante requise d'un oscilloscope en fonction de la précision requise et du type de réponse en fréquence de l'oscilloscope Étape 3 : Calculer la bande passante de l'oscilloscope
Passons en revue un exemple simple :
Déterminez la bande passante minimale requise pour un oscilloscope ayant une réponse en fréquence gaussienne correcte lors de la mesure d'un temps de montée de 500 ps (10-90 % ); si le signal a un temps de montée/descente d'environ 500 ps (défini par le critère de 10 % à 90 %), alors la composante de fréquence réelle maximale du signal, fknee=(0,5/500 ps)=1 GHz
Si une erreur de synchronisation de 20 % est autorisée lors des mesures des paramètres de temps de montée et de temps de descente, alors un oscilloscope avec une bande passante de 1 GHz serait adéquat pour cette application de mesure numérique. Cependant, si la précision de synchronisation doit être inférieure à 3 %, un oscilloscope avec une bande passante de 2 GHz serait préférable.
Précision de synchronisation de 20 % : bande passante de l'oscilloscope=1.0x1 GHz=1,0 GHz
Précision de synchronisation de 3 % : bande passante de l'oscilloscope=1,9x1 GHz=1,9 GHz
