integralność sygnału i mocy: domeny czasu i Częstotliwości

2.13 przepustowość i częstotliwość zegara

jak widzieliśmy, przepustowość odnosi się do czasu narastania sygnału. Możliwe jest posiadanie dwóch różnych przebiegów, z dokładnie tą samą częstotliwością zegara, ale różnymi czasami narastania i różnymi szerokościami pasma. Sama znajomość częstotliwości zegara nie może nam powiedzieć, jaka jest przepustowość. Rysunek 2-14 przedstawia cztery różne przebiegi, każdy z dokładnie tą samą częstotliwością zegara 1 GHz. Jednak mają różne czasy narastania, a tym samym różne szerokości pasma.

rysunek 2-14 cztery różne przebiegi, każdy z dokładnie tą samą częstotliwością zegara 1 GHz. Każdy z nich ma inny czas narastania, jako ułamek okresu, a więc różne szerokości pasma.

czasami nie zawsze znamy czas narastania sygnału, ale i tak potrzebujemy pojęcia o jego przepustowości. Używając uproszczonego założenia, możemy oszacować szerokość pasma fali zegarowej na podstawie jej częstotliwości zegara. Mimo to ważne jest, aby pamiętać, że to nie częstotliwość zegara decyduje o przepustowości, ale czas narastania. Jeśli wszystko, co wiemy o przebiegu, to częstotliwość zegara, nie możemy mieć pewności co do przepustowości; możemy tylko zgadywać.

aby ocenić szerokość pasma sygnału na podstawie jego częstotliwości zegara, musimy przyjąć bardzo ważne założenie. Musimy oszacować, jaki może być typowy czas narastania dla fali zegarowej.

W Jaki Sposób czas narastania jest związany z okresem zegara w rzeczywistym przebiegu zegara? Zasadniczo jedynym związkiem jest to, że czas wzrostu musi być mniejszy niż 50% okresu. Poza tym nie ma ograniczeń, a czas narastania może być dowolnym arbitralnym ułamkiem okresu. Może to być 25% okresu, jak w przypadkach, gdy częstotliwość zegara przesuwa granice technologii urządzenia, np. w zegarach 1-GHz. Może to być 10% okresu, co jest typowe dla wielu produktów opartych na mikroprocesorach. Może to być 5% okresu, który znajduje się w wysokiej klasy układach FPGA napędzających zewnętrzne szyny pamięci o niskiej częstotliwości zegara. Może to być nawet 1%, jeśli magistrala na poziomie tablicy jest starszym systemem.

Jeśli nie wiemy, jaki ułamek okresu jest czas narastania, rozsądnym uogólnieniem jest to, że czas narastania wynosi 7% okresu zegara. Jest to zbliżone do wielu typowych płyt opartych na mikroprocesorach i autobusów sterujących Asics. Na tej podstawie możemy oszacować szerokość pasma przebiegu zegara.

należy pamiętać, że to założenie czasu wzrostu wynoszącego 7% okresu jest nieco agresywne. Większość systemów jest prawdopodobnie bliżej 10%, więc zakładamy, że czas narastania jest nieco krótszy niż zwykle. Podobnie, jeśli nie doceniamy czasu wzrostu, przecenimy przepustowość, co jest bezpieczniejsze niż jej niedocenianie.

Jeśli czas wzrostu wynosi 7% okresu, to okres jest 1 / 0,07 lub 15 razy większy od czasu wzrostu. Mamy przybliżenie dla pasma jako 0,35 / czas narastania. Możemy powiązać częstotliwość zegara z okresem zegara, ponieważ każda z nich jest odwrotnością drugiej. Zmiana okresu zegara na częstotliwość zegara powoduje ostateczną zależność; szerokość pasma jest pięciokrotna częstotliwości zegara:

równanie 2-5

gdzie:

• BWclock = przybliżona szerokość pasma zegara, w GHz
• Fclock = częstotliwość powtarzania zegara, w GHz

na przykład, jeśli częstotliwość zegara wynosi 100 MHz, szerokość pasma sygnału wynosi około 500 Mhz. Jeśli częstotliwość zegara wynosi 1 GHz, szerokość pasma sygnału wynosi około 5 GHz.

jest to uogólnienie i przybliżenie, oparte na założeniu, że czas narastania wynosi 7% okresu zegara. Biorąc pod uwagę to założenie, jest to bardzo potężna zasada, która może dać oszacowanie przepustowości przy bardzo niewielkim wysiłku. Mówi on, że najwyższa składowa sinusoidalna w fali zegarowej jest typowo piątą harmoniczną!

To oczywiste, ale trzeba powtórzyć, że zawsze chcemy wykorzystać czas narastania do oceny przepustowości. Niestety, nie zawsze mamy Luksus znajomości czasu narastania fali. A jednak potrzebujemy odpowiedzi teraz!