Signal a Power Integrity: Časové a Frekvenční Domény

2.13 Pásma a Taktovací Frekvenci

Jak jsme viděli, šířka pásma se týká náběhu signálu. Je možné mít dva různé průběhy, s přesně stejnou frekvencí, ale jinou náběhu a různých šířek pásma. Jen znalost frekvence hodin nám nemůže říct, jaká je šířka pásma. Obrázek 2-14 ukazuje čtyři různé průběhy, každý s přesně stejnou taktovací frekvencí 1 GHz. Mají však různé doby vzestupu, a proto různé šířky pásma.

obrázek 2-14 čtyři různé průběhy, každý s přesně stejnou taktovací frekvencí 1 GHz. Každá z nich má jinou dobu vzestupu, jako zlomek období, a tedy různé šířky pásma.

někdy ne vždy známe dobu náběhu signálu, ale stejně potřebujeme představu o jeho šířce pásma. Pomocí zjednodušeného předpokladu můžeme odhadnout šířku pásma hodinové vlny pouze z její frekvence hodin. Přesto je důležité mít na paměti, že to není frekvence hodin, která určuje šířku pásma, je to doba vzestupu. Pokud vše, co víme o průběhu, je frekvence hodin, nemůžeme znát šířku pásma s jistotou; můžeme jen hádat.

abychom vyhodnotili šířku pásma signálu pouze z jeho hodinové frekvence, musíme učinit velmi důležitý předpoklad. Musíme odhadnout, jaká typická doba vzestupu může být pro hodinovou vlnu.

Jak souvisí Doba náběhu s periodou hodin v reálném průběhu hodin? V zásadě je jediným vztahem to, že doba vzestupu musí být kratší než 50% období. Jiné než toto, neexistuje žádné omezení, a doba náběhu může být libovolný zlomek období. Mohlo by to být 25% období, jako v případech, kdy frekvence hodin posouvá hranice technologie zařízení, například u hodin 1 GHz. Mohlo by to být 10% období, což je typické pro mnoho produktů založených na mikroprocesorech. Mohlo by to být 5% období, které se nachází ve špičkových FPGA řídících externí paměťové sběrnice s nízkou frekvencí hodin. Mohlo by to být dokonce 1%, pokud je sběrnice na úrovni desky starším systémem.

pokud nevíme, jaký zlomek období je doba vzestupu, rozumné zobecnění je, že doba vzestupu je 7% hodinové periody. To přibližuje mnoho typických desek založených na mikroprocesorech a autobusů na úrovni řídících desek ASICs. Z toho můžeme odhadnout šířku pásma hodinového průběhu.

je třeba mít na paměti, že tento předpoklad, že doba vzestupu je 7% období, je trochu agresivní. Většina systémů je pravděpodobně blíže k 10%, takže předpokládáme dobu vzestupu o něco kratší, než by se obvykle dalo najít. Stejně tak, pokud podceňujeme dobu náběhu, budeme přeceňovat šířku pásma, což je bezpečnější než podceňovat.

Pokud je doba vzestupu 7% období, pak je doba 1/0, 07 nebo 15násobek doby vzestupu. Máme aproximaci šířky pásma jako 0.35 / doba vzestupu. Můžeme spojit frekvenci hodin s periodou hodin, protože každá z nich je inverzní vůči druhé. Nahrazení hodiny období pro taktovací frekvenci výsledky v poslední vztah; šířka pásma je pětkrát taktovací frekvence:

Rovnice 2-5

kde:

• BWclock = přibližné šířky pásma hodin, v GHz
• Fclock = hodiny, opakování frekvenci, v GHz

například, pokud je taktovací frekvencí 100 MHz, šířka pásma signálu je o 500 MHz. Pokud je frekvence hodin 1 GHz, šířka pásma signálu je asi 5 GHz.

Jedná se o zobecnění a aproximaci založenou na předpokladu, že doba vzestupu je 7% hodinové periody. Vzhledem k tomuto předpokladu je to velmi silné pravidlo, které může poskytnout odhad šířky pásma s velmi malým úsilím. Říká se, že nejvyšší složka sinusové vlny v hodinové vlně je obvykle pátá harmonická!

je zřejmé, ale opakuje se, že vždy chceme použít čas vzestupu k vyhodnocení šířky pásma. Bohužel nemáme vždy luxus znát dobu vzestupu pro průběh. A přesto potřebujeme odpověď hned teď!