Steve Roach. Нормализация входного сигнала осциллографа и творческое начало (перевод)

Частотная и временная области

Параметры осциллографов указываются только для двух частот: постоянного напряжения и точки "-3dB". Хуже того, производители обычно указывают вертикальную точность только на постоянном напряжении, как будто речь идёт о вольтметре! Почему же прибор, проводящий измерения во временной области, специфицируется в частотной области? Причина в том, что широкополосные измерения могут быть поверены вплоть до международных эталонов, тогда как генерация импульса или перепада напряжения с заданными параметрами является чрезвычайно сложным делом (Andrews 1983, Rush 1990).

Независимо от способов задания параметров, реальная разработка осциллографа сосредотачивается почти исключительно вокруг реакции на скачок напряжения. Для этого есть несколько причин: (1) хороший отклик - именно то, что нужно пользователю, работающему во временной области; (2) импульсная характеристика содержит массу информации об очень широкой полосе частот; (3) после некоторой практики вы научитесь интуитивно соотносить импульсную и амплитудно-частотную характеристику; (4) реакцию на перепад будут использовать конкуренты для атаки на ваш прибор и выявления его недостатков.

На рисунке 7-2 показаны основные параметры и обозначения импульсной и амплитудно-частотной характеристик и объясняется смысл неравномерности коэффициента усиления. Гладкость отклика это качественная оценка. Она приблизительно соотносится с ошибками усиления, которые не связаны с полюсами АЧХ, определяющими полосу пропускания, или, что одно и то же, с возмущениями на вершине импульса, проявляющимися сразу за передним фронтом. Чтобы добиться общей равномерности, нам приходится игнорировать подъём амплитуды вблизи частоты -3dB. Кроме того, мы игнорируем кратковременный звон на вершине импульса, вызванный фронтом сигнала.

Рисунок 7-2. Определение терминов и взаимосвязей между амплитудно-частотной и импульсной характеристиками

Рисунок 7-2 демонстрирует определённое соответствие между высокочастотными составляющими АЧХ и ранними событиями на графике импульсной характеристики. Аналогично, возмущения в низкочастотной области АЧХ вызывают проблемы с неравномерностью импульсной характеристики на длительных временных интервалах (Kamath 1974). Таким образом, импульсная характеристика содержит данные об очень широкой полосе частот, если рассматривается на большом отрезке времени. Например, наблюдения за первыми десятью наносекундами на графике импульсной характеристики даёт информацию об АЧХ на частотах выше 1/(10ns) или 100MHz.

На рисунке 7-3 показана RC-цепь, хорошо моделирующая большинство источников неравномерности. Подобные RC-цепи могут помочь разобраться даже с такими необычными источниками возмущений, как диэлектрическая абсорбция или температурные переходы в транзисторах. Входной делитель и преобразователь импеданса в общем случае ведут себя подобно последовательным и параллельным комбинациям простых RC-цепей. Подобные цепи часто создают проблемы с равномерностью на низких частотах из-за высокого входного сопротивления осциллографа. На высоких частотах неравномерность часто вносится бесчисленными индуктивными компонентами и нежелательными согласованными линиями, появляющимися в результате физической реализации устройства. Обратите внимание, как хорошо рисунок 7-3 отражает взаимно обратную природу амплитудно-частотной и импульсной характеристик.

Рисунок 7-3. Простая схема, с помощью которой можно моделировать большинство источников неравномерности