Signal-og Strømintegritet: tids-og Frekvensdomæner
2.13 båndbredde og klokfrekvens
som vi har set, vedrører båndbredde stigningstiden for et signal. Det er muligt at have to forskellige bølgeformer med nøjagtig den samme klokfrekvens, men forskellige stigningstider og forskellige båndbredder. Bare at kende urfrekvensen kan ikke fortælle os, hvad båndbredden er. Figur 2-14 viser fire forskellige bølgeformer, hver med nøjagtig samme klokfrekvens på 1 GG. De har dog forskellige stigningstider og dermed forskellige båndbredder.
figur 2-14 fire forskellige bølgeformer, hver med nøjagtig den samme 1-GTS klokfrekvens. Hver af dem har en anden stigningstid som en brøkdel af perioden og dermed forskellige båndbredder.
Nogle gange kender vi ikke altid signalets stigningstid, men har alligevel brug for en ide om båndbredden. Ved hjælp af en forenkling antagelse kan vi estimere båndbredden af en urbølge fra netop dens urfrekvens. Alligevel er det vigtigt at huske på, at det ikke er urfrekvensen, der bestemmer båndbredden, det er stigningstiden. Hvis alt, hvad vi ved om bølgeformen, er klokfrekvensen, kan vi ikke vide båndbredden med sikkerhed; Vi kan kun gætte.
for at evaluere båndbredden af et signal fra netop dets klokfrekvens er vi nødt til at tage en meget vigtig antagelse. Vi er nødt til at estimere, hvad en typisk stigningstid kan være for en urbølge.
hvordan er stigningstiden relateret til urperioden i en rigtig urbølgeform? I princippet er det eneste forhold, at stigningstiden skal være mindre end 50% af perioden. Bortset fra dette er der ingen begrænsning, og stigningstiden kan være en vilkårlig brøkdel af perioden. Det kan være 25% af perioden, som i tilfælde, hvor klokfrekvensen skubber grænserne for enhedsteknologien, f.eks. Det kan være 10% af perioden, hvilket er typisk for mange mikroprocessorbaserede produkter. Det kan være 5% af perioden, som findes i avancerede FPGA ‘ er, der kører eksterne lavfrekvente hukommelsesbusser. Det kan endda være 1%, hvis bordbussen er et ældre system.
Hvis vi ikke ved, hvilken brøkdel af perioden stigningstiden er, er en rimelig generalisering, at stigningstiden er 7% af urperioden. Dette tilnærmer sig mange typiske mikroprocessorbaserede tavler og ASIC ‘ er, der kører busser på bordniveau. Fra dette kan vi estimere båndbredden af urets bølgeform.
det skal huskes, at denne antagelse om, at stigningstiden er 7% af perioden, er lidt aggressiv. De fleste systemer er sandsynligvis tættere på 10%, så vi antager en stigningstid lidt kortere, end man typisk kan finde. Ligeledes, hvis vi undervurderer stigningstiden, overvurderer vi båndbredden, hvilket er sikrere end at undervurdere den.
hvis stigningstiden er 7% af perioden, er perioden 1/0, 07 eller 15 gange stigningstiden. Vi har en tilnærmelse til båndbredden som 0,35 / stigningstid. Vi kan relatere urfrekvensen til urperioden, fordi de hver især er de inverse af den anden. Udskiftning af urperioden for klokfrekvensen resulterer i det endelige forhold; båndbredden er fem gange klokfrekvensen:
ligning 2-5
hvor:
- Bvclock = den omtrentlige båndbredde af uret, i GH
- Fclock = uret gentag frekvens, i GH
for eksempel, hvis klokfrekvensen er 100 MHG, er båndbredden af signalet omkring 500 MHG. Hvis klokfrekvensen er 1 GH, er båndbredden af signalet omkring 5 GH.
dette er en generalisering og en tilnærmelse baseret på antagelsen om, at stigningstiden er 7% af urperioden. I betragtning af denne antagelse er det en meget kraftig tommelfingerregel, som kan give et skøn over båndbredde med meget lidt indsats. Det siger, at den højeste sinusbølgefrekvenskomponent i en urbølge typisk er den femte harmoniske!
det er indlysende, men bjørne gentager, at vi altid vil bruge stigningstiden til at evaluere båndbredden. Desværre har vi ikke altid den luksus at kende stigningstiden for en bølgeform. Og alligevel har vi brug for et svar nu!