Signal och Effektintegritet: tids-och Frekvensdomäner

2.13 bandbredd och klockfrekvens

som vi har sett hänför sig bandbredd till stigningstiden för en signal. Det är möjligt att ha två olika vågformer, med exakt samma klockfrekvens men olika stigtider och olika bandbredd. Att bara veta klockfrekvensen kan inte berätta vad bandbredden är. Figur 2-14 visar fyra olika vågformer, var och en med exakt samma klockfrekvens på 1 GHz. De har dock olika stigningstider och därmed olika bandbredd.

figur 2-14 fyra olika vågformer, var och en med exakt samma 1 GHz klockfrekvens. Var och en av dem har en annan stigningstid, som en bråkdel av perioden, och därmed olika bandbredd.

Ibland vet vi inte alltid stigningstiden för en signal men behöver ändå en uppfattning om dess bandbredd. Med hjälp av ett förenklande antagande kan vi uppskatta bandbredden för en klockvåg från bara dess klockfrekvens. Ändå är det viktigt att komma ihåg att det inte är klockfrekvensen som bestämmer bandbredden, det är stigningstiden. Om allt vi vet om vågformen är klockfrekvensen, kan vi inte veta bandbredden säkert; vi kan bara gissa.

för att utvärdera bandbredden för en signal från bara dess klockfrekvens måste vi göra ett mycket viktigt antagande. Vi måste uppskatta vad en typisk stigtid kan vara för en klockvåg.

hur är stigningstiden relaterad till klockperioden i en riktig klockvågform? I princip är det enda förhållandet att stigningstiden måste vara mindre än 50% av perioden. Annat än detta finns det ingen begränsning, och stigningstiden kan vara vilken godtycklig del av perioden som helst. Det kan vara 25% av perioden, som i fall där klockfrekvensen driver gränserna för enhetstekniken, till exempel i 1-GHz-klockor. Det kan vara 10% av perioden, vilket är typiskt för många mikroprocessorbaserade produkter. Det kan vara 5% av perioden, vilket finns i avancerade FPGA: er som kör externa minnesbussar med låg klockfrekvens. Det kan till och med vara 1% om bussen på kortnivå är ett äldre system.

om vi inte vet vilken bråkdel av perioden stigningstiden är, är en rimlig generalisering att stigningstiden är 7% av klockperioden. Detta approximerar många typiska mikroprocessorbaserade brädor och ASICs-körbrädbussar. Från detta kan vi uppskatta bandbredden för klockvågformen.

man bör komma ihåg att detta antagande om stigningstiden är 7% av perioden är lite aggressiv. De flesta system är förmodligen närmare 10%, Så vi antar en stigningstid något kortare än vad som vanligtvis kan hittas. På samma sätt, om vi underskattar stigningstiden, kommer vi att överskatta bandbredden, vilket är säkrare än att underskatta den.

om stigningstiden är 7% av perioden är perioden 1/0, 07 eller 15 gånger stigningstiden. Vi har en approximation för bandbredden som 0.35 / stigningstid. Vi kan relatera klockfrekvensen till klockperioden, eftersom de är var och en inversen av den andra. Byte av klockperioden för klockfrekvensen resulterar i det slutliga förhållandet; bandbredden är fem gånger klockfrekvensen:

ekvation 2-5

där:

• BWclock = klockans ungefärliga bandbredd, i GHz
• Fclock = klockrepetitionsfrekvensen, i GHz

till exempel, om klockfrekvensen är 100 MHz, är signalens bandbredd cirka 500 MHz. Om klockfrekvensen är 1 GHz är signalens Bandbredd ca 5 GHz.

detta är en generalisering och en approximation, baserat på antagandet att stigningstiden är 7% av klockperioden. Med tanke på detta antagande är det en mycket kraftfull tumregel, som kan ge en uppskattning av bandbredd med mycket liten ansträngning. Det står att den högsta sinusvågfrekvenskomponenten i en klockvåg vanligtvis är den femte harmoniska!

det är uppenbart, men upprepar, att vi alltid vill använda stigningstiden för att utvärdera bandbredden. Tyvärr har vi inte alltid lyxen att känna till stigningstiden för en vågform. Och ändå behöver vi ett svar nu!