オシロスコープの帯域幅デジタルアプリケーション
経験上、オシロスコープの帯域幅は、テスト対象システムの最速デジタル クロック レートの少なくとも 5 倍である必要があります。選択したオシロスコープがこの基準を満たしていれば、オシロスコープはテスト対象信号の 5 次高調波を最小限の信号減衰でキャプチャできます。信号の 5 次高調波は、デジタル信号の全体的な形状を決定する上で非常に重要です。ただし、高速エッジの正確な測定が必要な場合、この単純な式では、高速の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジに含まれる実際の高周波コンテンツが考慮されません。
計算式: fBW 5xfclk 以上
オシロスコープの帯域幅をより正確に判断するには、最大クロック レートではなく、デジタル信号に存在する最高周波数に基づきます。デジタル信号の最高周波数は、設計内の最速エッジ速度によって決まります。したがって、まず設計内の最速信号の立ち上がり時間と立ち下がり時間を決定します。この情報は通常、設計で使用されるデバイスの公開仕様から取得できます。
信号の最大「実」周波数成分を計算するには、簡単な式を使用します。Howard W. Johnson 博士は、このトピックに関する「高速デジタル設計」という本を執筆しました。この本では、この周波数成分を「ニー」周波数 (fknee) と呼んでいます。すべての高速エッジのスペクトルには、無限の数の周波数成分が含まれていますが、変曲点 (または「ニー」) があり、それを超える周波数成分は信号の形状を決定する上で重要ではありません。ステップ 2: fknee を計算する
fknee=0.5/RT(10%-90%)fknee=0.4/RT(20%-80%)
立ち上がり時間特性が 10% ～ 90% のしきい値に従って定義されている信号の場合、ニー周波数 fknee は 0.5 を信号の立ち上がり時間で割った値に等しくなります。今日のデバイス仕様でよくあるように、立ち上がり時間特性が 20% ～ 80% のしきい値によって定義されている信号の場合、fknee は 0.4 を信号の立ち上がり時間で割った値に等しくなります。ただし、ここでの信号立ち上がり時間とオシロスコープの立ち上がり時間仕様を混同しないように注意してください。ここで話しているのは、実際の信号エッジ速度です。3 番目のステップは、立ち上がり時間と立ち下がり時間をどの程度正確に測定する必要があるかに基づいて、この信号を測定するために必要なオシロスコープの帯域幅を決定することです。表 1 は、ガウス周波数応答または最大フラット周波数応答を備えたオシロスコープのさまざまな精度要件における必要なオシロスコープ帯域幅と fknee の関係を示しています。 ただし、帯域幅仕様が 1GHz 以下のオシロスコープのほとんどは通常ガウス周波数応答タイプであり、帯域幅が 1GHz を超えるオシロスコープは通常最大フラット周波数応答タイプであることに留意してください。表 1: 必要な精度とオシロスコープの周波数応答タイプに基づいてオシロスコープに必要な帯域幅を計算するための係数ステップ 3: オシロスコープの帯域幅を計算する
簡単な例で説明しましょう:
オシロスコープが500psの立ち上がり時間（10-90%）を測定するときに正しいガウス周波数応答を持つようにするには、必要な最小帯域幅を決定します。信号の立ち上がり/立ち下がり時間が約500ps（10%から90%の基準で定義）の場合、信号の最大実際の周波数成分fknee=（0.5 / 500ps）=1GHz
立ち上がり時間と立ち下がり時間のパラメータ測定時に 20% のタイミング誤差が許容される場合、このデジタル測定アプリケーションには 1 GHz の帯域幅を持つオシロスコープで十分です。ただし、タイミング精度が 3% 以内であることが求められる場合は、2GHz の帯域幅を持つオシロスコープを使用することをお勧めします。
20% のタイミング精度: オシロスコープの帯域幅=1.0x1GHz=1.0GHz
3% のタイミング精度: オシロスコープの帯域幅 =1.9x1GHz =1.9GHz
