Oscilloscope bon marché montrant une onde carrée de 16 MHz

14

Je possède un oscilloscope pas cher Hantek DSO4102C. Sa bande passante nominale est de 100 MHz et sa fréquence d'échantillonnage est de 1 GSa / s. Quelques informations sur l'outil peuvent être trouvées ici: http://hantek.com/en/ProductDetail_3_4163.html
J'ai maintenant un MCU Atmega328P fonctionnant à partir d'un quartz externe à 16 MHz, sans aucun code (puce effacée par usbasp), seul le bit de fusible CKOUT est activé. Donc, je devais voir une onde carrée à la broche PB0, mais mon champ d'application la montre assez déformée:
la fiche technique de MCU ne mentionne pas le temps de montée de la broche, ce qui était une grande surprise pour moi, donc je ne peux pas vérifier si la mesure de 9,5 ns est valide valeur. Mais à en juger par la tension Pk-Pk dépassant 6 volts (et même en dessous de zéro pour un bon 560 mV), je pense qu'il y a un problème avec la portée. Ai-je raison?

AJOUTÉ PLUS TARD, APRÈS AVOIR OBTENU QUELQUES CONSEILS J'ai tout assemblé sur une planche à pain, plutôt que d'utiliser Arduino Uno. J'ai connecté le clip de mise à la terre de l'oscilloscope à la broche de mise à la terre de l'ATMega avec un fil à travers la maquette. Je mesure directement sur la broche de sortie (voir photo de ma disposition ci-dessous). Maintenant, j'obtiens de meilleurs résultats, également avec un oscillateur à 20 MHz. De toute évidence, les valeurs Pk-Pk sont maintenant plus proches de la réalité, ainsi que de la forme du signal. Merci à tous pour votre aide!

oscilloscope

— Zhenek
source

5

Vos sondes sont-elles correctement compensées? Pouvez-vous également essayer avec une autre sonde?

— Steve G

3

Pourriez-vous ajouter une photo de la façon dont vous sondez le signal? Autrement dit, comment exactement votre sonde est connectée au circuit.

— marcelm

6

Assurez-vous que votre sonde est en position x10, que le réglage de la compensation est effectué et que le fil de terre est connecté à un plan très proche de la masse du MCU. Vous pouvez également exécuter l'assistant de sonde et les routines d'autocalibrage.

— Spehro Pefhany

Vous DEVEZ faire ce que dit Spehro avant de commencer à vous demander ce que la portée fait aux signaux. 1. Connectez les clips de mise à la terre de la sonde à un point de mise à la terre du système aussi près que possible du point de signal. 2. Vos sondes ont une vis de réglage. Habituellement accessible par un trou sur le côté de la sonde. Ajustez ceci jusqu'à ce que la forme d'onde apparaisse "la plus carrée". Notez que cela PEUT ne pas être optimal si la forme d'onde n'est pas carrée mais c'est un bon début dans ce cas. || Même compte tenu des pintes soulevées dans les bons conseils des autres, je ne serais pas surpris si vous pouviez obtenir un résultat plus carré que celui que vous voyez.

— Russell McMahon

1

On ne peut jamais générer une onde carrée parfaite , car les fils, etc. ont toujours un (petit) effet de condensateur et d'inductance.

— Willem Van Onsem

28

Je pense qu'il y a un problème avec la portée. Ai-je raison?

Ne pense pas. Le dépassement est un phénomène parfaitement normal lors de la mesure d'un signal à front rapide avec une sonde à haute impédance. (De plus, ces signaux semblent aussi nets que je m'y attendais.)

Il existe de nombreux tutoriels sur la détection de signaux à grande vitesse: c'est le moment idéal pour en lire un!

Oh, et il y a le phénomène de Gibb, qui dit que toute observation limitée par la bande d'un bord théorique parfait (ou beaucoup moins limité par la bande) aura environ 9% de dépassement; pour comprendre cela, je recommanderais de regarder la représentation en série cosinus de l'onde carrée et de considérer ce que vous couperez lorsque vous vous débarrasserez de tout ce qui dépasse 5 × 16 MHz (= la fréquence fondamentale de votre onde carrée).

— Marcus Müller
source

1

Sur la fonction de mesure d'OP : je pense que la fréquence est de 16,00 MHz (ces oscilloscopes utilisent une base de temps cristalline). Mais 9 500 ns de temps de montée ? C'est suspect, surtout avec une résolution de 1ps? Et le 6.16V Pk-Pk parcourt souvent tout l'enregistrement de l'échantillon pour trouver l'étendue maximale ... (je discerne environ 5.2V, après avoir réglé). Le verdict de Marcus est donc raisonnable - un examen plus approfondi donne probablement des résultats différents - apprenez à faire confiance à certaines fonctions de mesure , à vous méfier d'autres.

— glen_geek

1

La déclaration sur le phénomène de Gibbs et les dépassements n'est vraie que si ce qui limite la bande passante introduit des déphasages dépendant de la fréquence ainsi qu'un gain dépendant de la fréquence. Il est possible de faire un compromis entre le dépassement et le temps de montée (ou le taux de balayage) par exemple.

— alephzero

1

@alephzero: Ou pour exprimer cela dans des concepts plus généraux, la forme d'une onde à bande limitée par rapport à sa forme idéale illimitée dépend exactement de la manière dont la limitation de bande est accomplie. Le phénomène de Gibbs "classique" n'est que le cas d'une méthode de filtrage à coupure parfaite ("mur de briques") qui met à zéro toutes les harmoniques au-dessus d'une fréquence seuil tout en conservant parfaitement celles ci-dessous. Ceci, en soi, est une idéalisation de vrais filers, et aucun vrai filtre ne se comporte de cette façon.

— The_Sympathizer

@The_Sympathizer: En effet, il est possible de concevoir des filtres d' une manière qui garantissaient ne pas produire overshoot. L'exemple le plus simple est probablement un filtre parallèle-C série-R. Dans de nombreux cas, tolérer une certaine quantité de dépassement permettra d'avoir une forme d'onde qui suit de plus près l'onde d'entrée, mais dans certaines applications, il peut être plus important d'éviter le dépassement (par exemple parce que les signaux d'intérêt sont beaucoup plus faibles que la fréquence de coupure, et il est nécessaire de permettre à la sortie d'atteindre la pleine échelle).

— supercat

20

Gardez à l'esprit que si vous avez un filtre à brique de 100 MHz (cas idéal) avec une onde carrée parfaite de 16 MHz, les seules harmoniques que vous verrez sont 1 (16 MHz), 3 (48 MHz) et 5 (80 MHz). C'est un cas idéal, mais si vous faites les calculs, vous verrez que le résultat n'est pas trop loin de ce que vous voyez.

Dans le cas non idéal, bien sûr, le chargement et la compensation de la sonde auront d'autres effets de distorsion, et la forme d'onde ne sera pas parfaitement carrée pour commencer.

— Cristobol Polychronopolis
source

8

J'ai simulé cela dans LTspice, avec un peu de retard de phase et une amplitude réduite aux fréquences plus élevées, et j'ai produit une forme d'onde presque identique à celle du questionneur.

— Bruce Abbott

16

Marcus Müller mentionne le phénomène de Gibbs , qui produit des artefacts de sonnerie dans un signal à bande passante limitée, et Cristobol Polychronopolis mentionne que votre bande passante de 100 MHz réduira l'amplitude des harmoniques au-delà du troisième de votre signal à 16 MHz.

Pour plus de simplicité et juste pour avoir une idée de ce qui se passe avec les formes d'onde, nous pouvons représenter graphiquement le cas idéal de Cristobol des trois premières harmoniques uniquement :

Notez que c'est ce que montrerait une lunette parfaite avec un filtre mural en brique parfait à 100 MHz, si on lui donne une onde carrée. Donc non, votre portée n'est pas cassée lorsque vous voyez sonner dans les formes d'onde: il affiche ce qu'il voit après la distorsion introduite par les sondes et le frontal analogique et le filtrage imparfait avant la numérisation.

C'est quelque chose que vous devez apprendre à gérer: chaque fois que vous examinez un circuit avec un oscilloscope, il modifie (espérons-le pas trop) les formes d'onde à ce point du circuit, puis de nouvelles distorsions se produisent entre la pointe de la sonde et celle de l'oscilloscope. afficher. Puisque vous ne pouvez pas éviter cela, une bonne compréhension des distoritions susceptibles de se produire est essentielle lors de l'utilisation d'un oscilloscope, en particulier sur les circuits à relativement haute fréquence.

— Curt J. Sampson
source

2

En plus de ce qui a été dit sur la compensation et le choix de la sonde, un signal à 16 MHz provenant d'un circuit intégré fonctionnant à la vitesse nominale ne sera pas toujours aussi rapide en temps de montée qu'il apparaîtra comme une onde carrée parfaite. Pour y parvenir, vous devrez utiliser des étages de sortie parfaitement capables de gérer des signaux dans la plage de 100 MHz. Concevoir un circuit intégré comme un microcontrôleur pour être aussi rapide que possible ne ferait que gaspiller de l'énergie et créer des problèmes de compatibilité électromagnétique.

— rackandboneman
source