ออสซิลโลสโคปราคาถูกแสดงคลื่นสี่เหลี่ยม 16 MHz

ฉันเป็นเจ้าของออสซิลโลสโคปราคาถูก Hantek DSO4102C แบนด์วิดธ์ที่ได้รับการจัดอันดับของมันคือ 100 MHz และอัตราตัวอย่างคือ 1 GSa / s ข้อมูลบางอย่างเกี่ยวกับเครื่องมือสามารถพบได้ที่นี่: http://hantek.com/en/ProductDetail_3_4163.html
ตอนนี้ฉันมี Atmega328P MCU ทำงานจากภายนอกควอตซ์ที่ 16 MHz โดยไม่มีรหัสใด ๆ (ชิปลบโดย usbasp) มีการตั้งค่าฟิวส์ฟิวส์ CKOUT เท่านั้น ดังนั้นฉันควรเห็นคลื่นสี่เหลี่ยมที่หมุด PB0 แต่ขอบเขตของฉันแสดงให้เห็นว่ามันค่อนข้างบิดเบี้ยว:
แผ่นข้อมูลของ MCU ไม่ได้กล่าวถึงเวลาขาขึ้นซึ่งเป็นเรื่องประหลาดใจสำหรับฉันดังนั้นฉันไม่สามารถตรวจสอบได้ว่าวัด 9.5 ns นั้นถูกต้องหรือไม่ ราคา. แต่การตัดสินโดย Pk-Pk แรงดันไฟฟ้าเกิน 6 โวลต์ (และต่ำกว่าศูนย์สำหรับ 560 mV ที่ดี) ฉันเชื่อว่ามีปัญหากับขอบเขต ฉันถูกไหม?

ภายหลังเพิ่มขึ้นหลังจากได้รับคำแนะนำบางอย่าง ฉันได้ประกอบทุกอย่างบนเขียงหั่นขนมแทนที่จะใช้ Arduino Uno ฉันได้เชื่อมต่อกราวด์กราวด์จากขอบเขตเข้ากับกราวด์ของ ATMega ด้วยลวดผ่านเขียงหั่นขนม ฉันวัดที่ขาออกโดยตรง (ดูรูปของเลย์เอาต์ด้านล่าง) ตอนนี้ฉันได้ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นพร้อมกับ 20 MHz oscillator เห็นได้ชัดว่าค่า Pk-Pk ตอนนี้อยู่ใกล้กับความเป็นจริงมากขึ้นเช่นเดียวกับรูปร่างของสัญญาณ ขอบคุณทุกคนสำหรับความช่วยเหลือ!

ฉันเชื่อว่ามีปัญหากับขอบเขต ฉันถูกไหม?

อย่าคิดอย่างนั้น Overshoot เป็นปรากฏการณ์ปกติอย่างสมบูรณ์แบบเมื่อทำการวัดสัญญาณที่รวดเร็วด้วยโพรบความต้านทานสูง (นอกจากนี้สัญญาณเหล่านี้มีลักษณะที่คมชัดอย่างที่ฉันคาดไว้)

มีแบบฝึกหัดมากมายเกี่ยวกับการตรวจจับสัญญาณความเร็วสูง: นี่เป็นเวลาที่เหมาะสำหรับการอ่าน!

โอ้และมีปรากฏการณ์ของ Gibb ซึ่งกล่าวว่าการสังเกตที่ จำกัด วงใด ๆ ของขอบที่สมบูรณ์แบบทางทฤษฎี (หรือน้อยกว่าวง จำกัด ที่น้อยกว่า) จะมีส่วนเกิน 9%; เพื่อให้เข้าใจว่าฉันขอแนะนำให้ดูชุดโคไซน์ที่เป็นตัวแทนของคลื่นสี่เหลี่ยมและพิจารณาสิ่งที่คุณจะถูกตัดออกเมื่อคุณกำจัดสิ่งใดที่สูงกว่า 5 × 16 MHz (= ความถี่พื้นฐานของคลื่นสี่เหลี่ยม)

โปรดทราบว่าหากคุณมีตัวกรองผนังอิฐ 100MHz (กรณีที่เหมาะ) ที่มีคลื่นสี่เหลี่ยม 16MHz ที่สมบูรณ์แบบเสียงประสานเพียงอย่างเดียวที่คุณจะเห็นคือ 1 (16MHz) 3 (48MHz) และ 5 (80MHz) เป็นกรณีที่เหมาะ แต่ถ้าคุณทำการคำนวณคุณจะเห็นผลลัพธ์ไม่ไกลจากสิ่งที่คุณเห็น

แน่นอนว่าในกรณีที่ไม่ใช่การโหลดโพรบและการชดเชยจะมีผลกระทบที่บิดเบือนไปมากขึ้นและรูปแบบของคลื่นจะไม่เป็นจุดเริ่มต้นที่สมบูรณ์แบบ

Marcus Müllerกล่าวถึงปรากฏการณ์ของกิ๊บส์ซึ่งผลิตสัญญาณเรียกเข้าในสัญญาณแบบ จำกัด ด้วยสัญญาณและCristobol Polychronopolisกล่าวว่าย่านความถี่ 100 MHz จะลดขนาดของฮาร์มอนิกที่สามในสัญญาณ 16 MHz ของคุณ

เพื่อความเรียบง่ายและเพื่อให้เข้าใจถึงสิ่งที่เกิดขึ้นกับรูปแบบของคลื่นเราสามารถสร้างกราฟอุดมคติของ Cristobol ที่มีเพียงสามประการแรก :

โปรดทราบว่านี่คือขอบเขตที่สมบูรณ์แบบที่มีตัวกรองผนังอิฐ 100 MHz ที่สมบูรณ์แบบที่จะแสดงหากได้รับคลื่นสี่เหลี่ยม ดังนั้นไม่ขอบเขตของคุณจะไม่แตกเมื่อคุณเห็นเสียงกริ่งในรูปคลื่น: มันแสดงสิ่งที่เห็นหลังจากการบิดเบือนที่แนะนำโดยโพรบและส่วนหน้าแบบอะนาล็อกและการกรองที่ไม่สมบูรณ์ก่อนทำการแปลงเป็นดิจิทัล

นี่คือสิ่งที่คุณต้องเรียนรู้ที่จะจัดการกับ: ทุกครั้งที่คุณตรวจสอบวงจรที่มีออสซิลโลสโคปมันจะเปลี่ยนแปลง (หวังว่าจะไม่มากเกินไป) รูปคลื่นที่จุดนั้นในวงจรแล้วจะเกิดการบิดเบือนเพิ่มเติมระหว่างปลายโพรบ แสดง. เนื่องจากคุณไม่สามารถหลีกเลี่ยงปัญหานี้ได้ความเข้าใจที่ดีว่าการบิดเบือนใดที่เกิดขึ้นเป็นสิ่งจำเป็นเมื่อใช้ขอบเขต 'โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวงจรความถี่สูง

นอกเหนือจากที่กล่าวไว้เกี่ยวกับการชดเชยการสอบสวนและการเลือกโพรบแล้วสัญญาณ 16MHz จาก IC ที่ทำงานด้วยความเร็วที่ระบุจะไม่รวดเร็วในช่วงเวลาที่เร่งรีบเหมือนจะปรากฏเป็นสี่เหลี่ยมที่สมบูรณ์แบบ เพื่อให้บรรลุนั้นคุณจะต้องใช้ขั้นตอนการส่งออกที่จะสามารถจัดการสัญญาณในช่วง 100MHz การออกแบบ IC เหมือน MCU ให้เพิ่มขึ้นเร็วที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้จะเป็นการสิ้นเปลืองพลังงานและสร้างปัญหา EMC เท่านั้น