Gemeinsame analoge Signalfrequenzen

Ich nehme an, "als analoges Signal" bedeutet auf einem Oszilloskop im Gegensatz zu einem Logikanalysator.

Bei einem digitalen Signal ist es wichtig, die Signalintegrität überprüfen zu können und festzustellen, ob es Problemen wie Klingeln, Übersprechen, Reflexionen, Jitter, Dämpfung usw. unterliegt.

Dies kann nur mit einem Oszilloskop mit einer Bandbreite > den im Signal vorhandenen Frequenzen erfolgen - denken Sie daran, dass bei einem digitalen Signal Frequenzen vorhanden sind, die viel höher sind als die Grundfrequenz, wie hoch die Anstiegszeit des Signals bestimmt. Für ein 1-MHz-Digitalsignal würden Sie im Allgemeinen eine Bandbreite von mindestens 5 MHz wünschen, vorzugsweise viel höher.
Zum Debuggen eines typischen kleinen Mikrocontrollers (z. B. PIC, Atmel AVR, Arduino usw.) ist eine Oszilloskopbandbreite von mindestens 50 MHz vorzuziehen. Dies sollte in der Lage sein, mit fast allen Situationen fertig zu werden, denen Sie begegnen könnten.

Es gibt viele Signale über 1 MHz, die überprüft werden müssen, die meisten Mikrocontroller-Taktsignale sind > 1 MHz, SPI ist oft > 1 MHz, USB usw. FPGA-Designs können mit 100 MHz laufen, Hochgeschwindigkeits-ADCs und -DACs usw.

Auf einem Logikanalysator können Sie nur sehen, ob er über einem bestimmten Pegel oder unter einem bestimmten Pegel liegt (wie bei einem 1-Bit-Oszilloskop). Obwohl sie auf andere Weise nützlich sind, eignen sie sich nicht zum Überprüfen der Signalintegrität.

Das folgende Bild (aufgenommen mit einem MSO - Mixed Signal Oscillscope, einer Kombination aus einem Oszilloskop und einem Logikanalysator) ist ein gutes Beispiel für Übersprechen, das Probleme verursacht, und warum ein Oszilloskop benötigt wird, um zu sehen, was wirklich passiert. Beachten Sie, dass die Wellenformen ziemlich weit von der Idee eines "perfekten" digitalen Signals entfernt sind:

Für den roten Pfeil ganz links ist die zweite Spur nach unten die Sendespur, und die obere Spur nach unten ist das "Opfer" (Empfangsspur) und der rechte Impuls ist umgekehrt. Wir können am Anstieg des „Sendesignals“ sehen, dass es eine Spitze in der Empfangsspur verursacht, was zu einem unerwünschten Störimpuls auf der Logikanzeige führt, was der digitale Empfänger „sehen“ würde.

In diesem Bild oben sehen wir eine Signalverschlechterung, die durch eine falsch abgeschlossene Spur verursacht wird, die Reflexionen verursacht. Unten sehen wir das gleiche Signal, nachdem es korrekt terminiert wurde:

Auf dem Logikanalysator funktionieren möglicherweise beide Signale, aber es gibt keine Möglichkeit zu wissen, wie marginal das erste Signal ist, ohne es mit einem Oszilloskop zu überprüfen. Der falsch beendete Trace kann nur zeitweise Probleme verursachen, daher ist es wichtig, seine Integrität überprüfen zu können.

Wenn ich mir Ihren Link zum DPScope-Design ansehe, sehe ich, dass es auf dsPIC basiert. Es wird mit nichts zu vergleichen sein, was Sie kaufen können (Sie können heutzutage ein analoges 20-MHz-Oszilloskop für << £ 50 bekommen, und ein 5-10-MHz-DSO für ähnliches)
. Es wäre jedoch ein großartiges Projekt für Bildungszwecke, und Sie werden es tun Holen Sie sich etwas, das für Niederfrequenzzwecke (z. B. Audio, UART, PWM) perfekt brauchbar ist. Außerdem wirst du viel Spaß beim Bauen haben. Wenn Sie darüber nachdenken, würde ich sagen, machen Sie es, aber erwarten Sie nicht, dass es sich um alle Ihre Debugging-Anforderungen kümmert. Wenn Ihr Budget begrenzt ist, besorgen Sie sich ein günstiges analoges Oszilloskop – Sie erhalten in der Regel die höchste Bandbreite für Ihr Geld.
Denken Sie an das Henne-Ei-Problem - Sie brauchen ein Zielfernrohr, um ein Zielfernrohr zu bauen und zu testen ;-)

Als grobe Faustregel gilt, dass Sie etwa die 10-fache Bandbreite der Frequenz des digitalen Signals benötigen, das Sie auf einem Oszilloskop sehen möchten. Dies setzt voraus, dass Sie die Wellenform sehen möchten, nicht nur, wenn sie hoch oder niedrig geht.

Moderne Oszilloskope haben zwei Probleme in Bezug auf die Bandbreite: Die Bandbreite der analogen Elektronik, um Ihr Signal zu empfangen und es dem internen A/D zu präsentieren, und die Abtastrate dieses A/D. Laut Nyquist benötigen Sie mindestens die doppelte Abtastrate der höchsten interessierenden Frequenz. Das ist aber das absolute Minimum theoretisch. In der Praxis braucht man in der Regel mindestens ein paar Mal mehr.

Das Sampling-Aliasing eines Oszilloskops wird lästig und kann Ihnen manchmal eine völlig falsche Vorstellung vermitteln oder Sie wirklich verwirren, wenn Sie nicht bemerken, dass dies geschieht. Eine Abtastrate, die das 10- bis 20-fache der höchsten Frequenz ist, die das Oszilloskop verarbeiten kann, ist normalerweise ungefähr richtig. Denken Sie daran, dass 2x das garantierte Fehlerlimit ist. Beispielsweise könnte ein 60-MHz-Oszilloskop eine Abtastrate von etwa 1 GHz haben.

F In welchen Situationen wäre es notwendig, eine Bandbreite zu haben, die in der Lage ist, diese digitalen Leitungen als analoge Signale zu messen?

A Debugging von Phantomfehlern in Gegenwart von HF-Rauschen oder EMI wie Stromleitungstransienten, ESD-Ereignissen, HF-Leistungsstößen und nicht zuletzt einem EMP. Übersprechen ist eine weitere Störquelle und tritt häufig bei Bündeln von RS232-Signalen auf Mehrdrahtpaaren auf.

Bisher geben auch alle anderen Antworten korrekte Informationen.

Die externe Datenkommunikation mit ungeschirmten Twisted-Pair-Kabeln (UTP) ist gut, aber in einigen Fällen nicht ausreichend, um Daten vor vorübergehenden Fehlern zu schützen. Die Abschirmung kann eine Reduzierung von 40 bis 60 dB bewirken, und das Filtern mit Magneten kann auch das Gleichtaktrauschen reduzieren, aber Sie können das analoge Rauschen nie vollständig eliminieren. Es sind also alle digitalen Signale analog mit ausreichendem Spielraum, dass wir sie vielleicht die meiste Zeit als binäre Signale behandeln.

F Welche wichtigen analogen Signale (oder digitale Signale, die als analoges Signal getestet werden sollten)

A Ich kann Hunderte von seriellen Kommunikationssignalen auflisten, die als digital betrachtet werden und als analog betrachtet werden müssen; aber im Allgemeinen; Festplatten lesen/schreiben Daten von Köpfen, Telemetrieempfänger, I2C-Signale, die in einem Modus mit gemeinsamem Zugriff fehlschlagen, Ethernet-Signale, die hohe Fehlerraten verursachen, T1-Repeater, alle optischen Datenempfängerverbindungen, DVD-Fehlerraten-Debug-Tests. usw. usw. Eine andere sind logische "Wettlauf"-Bedingungen, in denen ein Signal seinen Zustand gerade dann ändert, wenn es von einem Taktgeber abgetastet wird.

F haben höhere Frequenzen als die oben aufgeführten?

A Der schnellste Impuls, den ich gesehen habe, stammt von einem menschlichen Finger, der 10 kV an einen Türknauf entlädt. Die Anstiegszeit betrug vor 20 Jahren 20 pS mit einem extrem schnellen Oszilloskop. Plasmalichtbögen werden durch das Tunneln von Elektronen in einem Plasmazustand verursacht, der entsteht, wenn Luft durch Überschreiten ihrer dielektrischen Spannungsfestigkeit von üblicherweise 1 kV pro mm zerfällt.

Aktuelles Foto von EOS/ESD-Experten.. hat immer noch nicht genug Bandbreite, um das Ereignis festzuhalten, ist aber mit einer Anstiegszeit von 336 ps nicht schlecht.

http://www.analog.com/static/imported-files/quality_assurance/eos_esd_chapter_091400b_103.pdf

Ich schlage Ihnen vor, dass alle digitalen Signale analoger Natur sind, und um Fragen der Zuverlässigkeit vollständig zu verstehen, müssen Sie alle analogen Ersatzschaltbilder digitaler Signale verstehen. Die kürzlich durchgeführte Google-Suche hat gerade die analoge Ersatzschaltung gezeigt, die ich in den Kommentaren eines HDA-Teils einer Festplatte mit EOS-Entladungsmodell aufgrund des triboelektrischen Effekts auf sich bewegende Platten unter Aufzeichnungsköpfen für magnetische Aufzeichnung besprochen habe.

Wir alle betrachten Disketten als digitales Speichermedium. Wenn man nun die magnetischen Eigenschaften vernachlässigt und sich nur auf die OES/ESD-Eigenschaften von Picosekunden-Entladungsimpulsen konzentriert, ist dies die Ersatzschaltung, die einige Forscher entwickelt haben. Ich war mir dieses Modells in den frühen 80er Jahren bewusst, als ich Test Engineering Mgr bei Burroughs/Unisys war und wir ungefähr 100 verschiedene alte Peripheriegeräte überholten, neue bauten und OEM-Festplatten für die Systemintegration testeten. Wir hatten also mehrere Reinräume der Klasse 100 und viele Servoschreiber, in denen wir diese Probleme lösen mussten, wie z. B. das Modell für elektrostatische Entladung (ESD) auf diesem Foto.

Siehe: http://www.credencetech.com/products/more/New_EOS_Test_Recording_Heads.pdf

das sind alte Neuigkeiten für mich ... aber ein sehr guter Artikel. was den Bedarf an ANALOGEN UMFASSUNGSBEREICHEN digitaler Signale verstärkt, die im täglichen Leben sehr verbreitet sind. (ESD)