Signal Og Strømintegritet: tid Og Frekvensdomener
2.13 Båndbredde og Klokkefrekvens
som vi har sett, er båndbredde knyttet til stigningstiden til et signal. Det er mulig å ha to forskjellige bølgeformer, med nøyaktig samme klokkefrekvens, men forskjellige stigningstider og forskjellige båndbredder. Bare å vite klokkefrekvensen kan ikke fortelle oss hva båndbredden er. Figur 2-14 viser fire forskjellige bølgeformer, hver med nøyaktig samme klokkefrekvens på 1 GHz. Imidlertid har de forskjellige stigningstider og dermed forskjellige båndbredder.
Figur 2-14 Fire forskjellige bølgeformer, hver med nøyaktig samme 1 GHz klokkefrekvens. Hver av dem har en annen stigningstid, som en brøkdel av perioden, og dermed forskjellige båndbredder.Noen ganger vet vi ikke alltid stigningstiden til et signal, men trenger en ide om båndbredden uansett. Ved hjelp av en forenklet antagelse kan vi estimere båndbredden til en klokkebølge fra bare sin klokkefrekvens. Likevel er det viktig å huske på at det ikke er klokkefrekvensen som bestemmer båndbredden, det er stigningstiden. Hvis alt vi vet om bølgeformen er klokkefrekvensen, kan vi ikke vite båndbredden sikkert; vi kan bare gjette.
for å evaluere båndbredden til et signal fra bare klokkefrekvensen, må vi gjøre en svært viktig antagelse. Vi må anslå hva en typisk stigningstid kan være for en klokkebølge.
Hvordan er stigningstiden relatert til klokkeperioden i en ekte klokkebølgeform? I prinsippet er det eneste forholdet at stigningstiden må være mindre enn 50% av perioden. Annet enn dette er det ingen begrensning, og stigningstiden kan være en vilkårlig brøkdel av perioden. Det kan være 25% av perioden, som i tilfeller der klokkefrekvensen skyver grensene for enhetsteknologien, for eksempel i 1 GHz-klokker. Det kan være 10% av perioden, som er typisk for mange mikroprosessorbaserte produkter. Det kan være 5% av perioden, som er funnet i high-end FPGAs kjører eksterne lav-klokke-frekvens minne busser. Det kan til og med være 1% hvis styret er et eldre system.
Hvis vi ikke vet hvilken brøkdel av perioden stigningstiden er, er en rimelig generalisering at stigningstiden er 7% av klokkeperioden. Dette tilnærmer seg mange typiske mikroprosessorbaserte brett og asics driving board-nivå busser. Fra dette kan vi estimere båndbredden til klokkebølgeformen.
det bør holdes oppmerksom på at denne antagelsen om stigningstiden er 7% av perioden, er litt aggressiv. De fleste systemer er trolig nærmere 10%, så vi antar en stigningstid litt kortere enn det som vanligvis kan bli funnet. På samme måte, hvis vi undervurderer stigningstiden, vil vi overvurdere båndbredden, noe som er tryggere enn å undervurdere den.
hvis stigningstiden er 7% av perioden, er perioden 1/0, 07 eller 15 ganger stigningstiden. Vi har en tilnærming for båndbredden som 0.35 / stigetid. Vi kan relatere klokkefrekvensen til klokkeperioden, fordi de er hver omvendt av den andre. Bytte klokkeperioden for klokkefrekvensen resulterer i det endelige forholdet; båndbredden er fem ganger klokkefrekvensen:
Ligning 2-5
hvor:
- BWclock = omtrentlig båndbredde på klokken, I GHz
- Fclock = klokkefrekvensen, I GHz
for eksempel, hvis klokkefrekvensen er 100 mhz, er båndbredden til signalet omtrent 500 mhz. Hvis klokkefrekvensen er 1 GHz, er båndbredden til signalet omtrent 5 GHz.
dette er en generalisering og en tilnærming, basert på antagelsen om at stigningstiden er 7% av klokkeperioden. Gitt denne antagelsen er det en veldig kraftig tommelfingerregel, som kan gi et estimat av båndbredde med svært liten innsats. Det står at den høyeste sinusbølgefrekvenskomponenten i en klokkebølge vanligvis er den femte harmoniske!
det er åpenbart, men gjentar at vi alltid vil bruke stigetiden til å evaluere båndbredden. Dessverre har vi ikke alltid luksusen av å vite stigningstiden for en bølgeform. Og likevel trenger vi et svar nå!