integritatea semnalului și a puterii: domenii de timp și frecvență

2.13 lățimea de bandă și frecvența ceasului

după cum am văzut, lățimea de bandă se referă la timpul de creștere al unui semnal. Este posibil să aveți două forme de undă diferite, cu exact aceeași frecvență de ceas, dar timpi de creștere diferiți și lățimi de bandă diferite. Doar cunoașterea frecvenței ceasului nu ne poate spune care este lățimea de bandă. Figura 2-14 prezintă patru forme de undă diferite, fiecare cu exact aceeași frecvență de ceas de 1 GHz. Cu toate acestea, au timpi de creștere diferiți și, prin urmare, lățimi de bandă diferite.

figura 2-14 patru forme de undă diferite, fiecare cu exact aceeași frecvență de ceas de 1 GHz. Fiecare dintre ele are un timp de creștere diferit, ca o fracțiune din perioadă și, prin urmare, lățimi de bandă diferite.

uneori, nu știm întotdeauna timpul de creștere al unui semnal, dar avem nevoie oricum de o idee despre lățimea sa de bandă. Folosind o presupunere simplificatoare, putem estima lățimea de bandă a unei unde de ceas doar din frecvența sa de ceas. Totuși, este important să rețineți că nu frecvența ceasului determină lățimea de bandă, ci timpul de creștere. Dacă tot ce știm despre forma de undă este frecvența ceasului, nu putem ști cu siguranță lățimea de bandă; putem doar ghici.

pentru a evalua lățimea de bandă a unui semnal doar de la frecvența ceasului, trebuie să facem o presupunere foarte importantă. Trebuie să estimăm ce timp de creștere tipic ar putea fi pentru o undă de ceas.

cum este timpul de creștere legat de perioada de ceas într-o formă de undă de ceas reală? În principiu, singura relație este că timpul de creștere trebuie să fie mai mic de 50% din perioadă. În afară de aceasta, nu există nicio restricție, iar timpul de creștere poate fi orice fracțiune arbitrară a perioadei. Ar putea fi 25% Din perioadă, ca în cazurile în care frecvența ceasului împinge limitele tehnologiei dispozitivului, cum ar fi în ceasurile de 1 GHz. Ar putea fi 10% din perioadă, ceea ce este tipic pentru multe produse pe bază de microprocesor. Ar putea fi 5% din perioadă, care se găsește în FPGA-urile high-end care conduc autobuze externe de memorie cu frecvență redusă. Ar putea fi chiar 1% dacă autobuzul la nivel de bord este un sistem vechi.

dacă nu știm ce fracțiune a perioadei este timpul de creștere, o generalizare rezonabilă este că timpul de creștere este de 7% din perioada de ceas. Aceasta aproximează multe plăci tipice bazate pe microprocesor și autobuze la nivel de placă de conducere ASICs. Din aceasta, putem estima lățimea de bandă a formei de undă a ceasului.

trebuie reținut faptul că această presupunere a timpului de creștere fiind de 7% din perioadă este puțin agresivă. Majoritatea sistemelor sunt probabil mai aproape de 10%, deci presupunem un timp de creștere puțin mai scurt decât s-ar putea găsi în mod obișnuit. La fel, dacă subestimăm timpul de creștere, vom supraestima lățimea de bandă, care este mai sigură decât subestimarea acesteia.

dacă timpul de creștere este de 7% din perioadă, atunci perioada este de 1/0, 07 sau de 15 ori mai mare decât timpul de creștere. Avem o aproximare pentru lățimea de bandă ca 0.35/timpul de creștere. Putem raporta frecvența ceasului la perioada ceasului, deoarece fiecare este inversul celuilalt. Înlocuirea perioadei de ceas pentru frecvența ceasului duce la relația finală; lățimea de bandă este de cinci ori frecvența ceasului:

ecuația 2-5

unde:

• BWclock = lățimea de bandă aproximativă a ceasului, în GHz
• Fclock = frecvența de repetare a ceasului, în GHz

de exemplu, dacă frecvența ceasului este de 100 MHz, lățimea de bandă a semnalului este de aproximativ 500 MHz. Dacă frecvența ceasului este de 1 GHz, lățimea de bandă a semnalului este de aproximativ 5 GHz.

aceasta este o generalizare și o aproximare, bazată pe presupunerea că timpul de creștere este de 7% din perioada de ceas. Având în vedere această presupunere, este o regulă foarte puternică, care poate oferi o estimare a lățimii de bandă cu foarte puțin efort. Se spune că cea mai mare componentă de frecvență sinusoidală dintr-o undă de ceas este de obicei a cincea armonică!

este evident, dar se repetă, că întotdeauna vrem să folosim timpul de creștere pentru a evalua lățimea de bandă. Din păcate, nu avem întotdeauna luxul de a cunoaște timpul de creștere pentru o formă de undă. Și totuși, avem nevoie de un răspuns Acum!