Limitazione di Frequenza di un Oscilloscopio

Limite di banda

Gli oscilloscopi, come i multimetri, sono strumenti essenziali per comprendere i circuiti. Tuttavia, hanno delle limitazioni. Per utilizzare un oscilloscopio in modo efficace, è fondamentale conoscere queste limitazioni e trovare modi per affrontarle.

Una caratteristica chiave di un oscilloscopio è la sua banda passante. La banda passante determina quanto velocemente può campionare i segnali analogici. Cos'è la banda passante? Molti pensano che sia la frequenza massima che uno strumento può gestire. In realtà, la banda passante è la frequenza in cui l'ampiezza del segnale diminuisce di 3 dB, o il 29,3% rispetto all'ampiezza vera.

Alla frequenza massima specificata, l'oscilloscopio mostra il 70,7% dell'ampiezza effettiva del segnale. Ad esempio, se l'ampiezza effettiva è di 5V, lo strumento la visualizzerà come circa 3,5V.

Gli oscilloscopi con una banda passante di 1 GHz o meno hanno una risposta in frequenza gaussiana o a basso passaggio, iniziando a un terzo della frequenza -3 dB e diminuendo gradualmente alle frequenze superiori.

Gli strumenti con specifiche superiori a 1 GHz mostrano una risposta massimamente piatta con un roll-off più netto vicino alla frequenza -3dB. La frequenza più bassa dell'oscilloscopio in cui il segnale di ingresso viene attenuato di 3 dB è considerata la banda passante dello strumento. L'oscilloscopio con una risposta massimamente piatta può attenuare i segnali in banda in misura minore rispetto all'oscilloscopio con risposta gaussiana e può effettuare misurazioni più accurate sui segnali in banda.

D'altra parte, l'oscilloscopio con risposta gaussiana attenua i segnali fuori banda in misura minore rispetto a quello con risposta massimamente piatta. Ciò significa che tale strumento ha un tempo di salita più rapido rispetto ad altri oscilloscopi con le stesse specifiche di banda passante. La specifica del tempo di salita di un oscilloscopio è strettamente correlata alla sua banda passante.

Un oscilloscopio con risposta gaussiana avrà un tempo di salita di circa 0,35/f BW basandosi su un criterio del 10% al 90%. Un oscilloscopio con risposta massimamente piatta avrà un tempo di salita di circa 0,4/f BW basandosi sulla nettezza della caratteristica di roll-off in frequenza.

Il tempo di salita è la velocità di bordo più rapida che un oscilloscopio può visualizzare se il segnale di ingresso ha un tempo di salita infinitamente rapido. Misurare questo valore teorico è impossibile, quindi è meglio calcolare un valore pratico.

Precauzioni necessarie per misurazioni precise nell'oscilloscopio

La prima cosa che gli utenti devono sapere è la limitazione di banda passante dello strumento. La banda passante dell'oscilloscopio dovrebbe essere sufficientemente ampia da accogliere le frequenze presenti nel segnale e visualizzare correttamente la forma d'onda.

La sonda utilizzata con lo strumento svolge un ruolo importante nelle prestazioni dell'attrezzatura. La banda passante dell'oscilloscopio, così come quella della sonda, dovrebbe essere in combinazione appropriata. L'uso di una sonda inadeguata può compromettere le prestazioni dell'intera attrezzatura di test.

Per misurare con precisione la frequenza e l'ampiezza, la banda passante sia dello strumento che della sonda collegata deve essere ampiamente superiore al segnale che si desidera catturare con precisione. Ad esempio, se l'accuratezza richiesta dell'ampiezza è di ~1%, allora il fattore di derata dello strumento è 0,1x, il che significa che un oscilloscopio da 100 MHz può catturare 10 MHz con un errore di ampiezza del 1%.

È necessario considerare la corretta attivazione dello strumento in modo che la vista risultante della forma d'onda sia molto più chiara.

Gli utenti dovrebbero essere consapevoli dei clip di massa durante le misurazioni ad alta velocità. Il filo del clip produce induttanza e risonanza nel circuito, influenzando le misurazioni.

Il riassunto dell'articolo è che per un oscilloscopio analogico, la banda passante dello strumento deve essere almeno tre volte superiore alla frequenza analoga massima del sistema. Per le applicazioni digitali, la banda passante dello strumento deve essere almeno cinque volte superiore alla frequenza di clock più rapida del sistema.