Eu possuo um osciloscópio barato Hantek DSO4102C. A largura de banda nominal é de 100 MHz e a taxa de amostragem é de 1 GSa / s. Algumas informações sobre a ferramenta podem ser encontradas aqui: http://hantek.com/en/ProductDetail_3_4163.html
Agora eu tenho um Atmega328P MCU rodando em um quartzo externo a 16 MHz, sem nenhum código (chip apagado pelo usbasp), apenas o bit de fusível CKOUT está definido. Então, eu deveria ver uma onda quadrada no pino PB0, mas meu escopo mostra-o bastante distorcido:
a folha de dados do MCU não menciona um tempo de subida do pino, o que foi uma grande surpresa para mim, por isso não posso verificar se 9,5 ns medidos é válido valor. Mas, a julgar pela tensão Pk-Pk superior a 6 volts (e mesmo abaixo de zero para bons 560 mV), acredito que haja um problema com o escopo. Estou certo?
ADICIONADO MAIS TARDE, APÓS OBTER ALGUNS CONSELHOS
Montei tudo em uma tábua de pão, em vez de usar o Arduino Uno. Conectei o clipe de aterramento da mira ao pino de aterramento do ATMega com um fio na tábua de pão. Estou medindo diretamente no pino de saída (veja a foto do meu layout abaixo). Agora estou obtendo melhores resultados, também com oscilador de 20 MHz.
Obviamente, os valores de Pk-Pk estão agora mais próximos da realidade, bem como da forma do sinal. Então, obrigado a todos pela ajuda!
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Respostas:
Não pense assim. O overshoot é um fenômeno perfeitamente normal ao medir um sinal de borda rápida com uma sonda de alta impedância. (Além disso, esses sinais parecem tão nítidos quanto eu esperava que fossem.)
Existem muitos tutoriais sobre a detecção de sinais de alta velocidade: este é o momento perfeito para ler um!
Ah, e há o fenômeno de Gibb, que diz que qualquer observação limitada por banda de uma borda perfeita teórica (ou muito menos limitada por banda) terá cerca de 9% de superação; para entender isso, recomendo olhar para a representação em série cosseno da onda quadrada e considerar o que você cortará quando se livrar de algo acima de 5 × 16 MHz (= a frequência fundamental da sua onda quadrada).
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Lembre-se de que, se você tiver um filtro de parede de tijolos de 100MHz (caixa ideal) com uma onda quadrada perfeita de 16MHz, os únicos harmônicos que você verá serão 1 (16MHz), 3 (48MHz) e 5 (80MHz). Esse é um caso ideal, mas se você fizer os cálculos, verá que o resultado não está muito longe do que está vendo.
No caso não ideal, é claro, o carregamento e a compensação da sonda terão efeitos distorcidos adicionais, e a forma de onda não será perfeitamente quadrada para começar.
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Marcus Müller menciona o fenômeno Gibbs , que produz artefatos tocando em um sinal limitado por largura de banda, e Cristobol Polychronopolis menciona que sua largura de banda de 100 MHz reduzirá a amplitude de harmônicas além da terceira no sinal de 16 MHz.
Para simplificar e apenas para ter uma idéia do que está acontecendo com as formas de onda, podemos representar graficamente o caso ideal da Cristobol apenas dos três primeiros harmônicos :
Observe que é isso que um escopo perfeito com um filtro de parede de tijolos de 100 MHz perfeito mostraria, se receber uma onda quadrada. Portanto, não, seu escopo não é quebrado quando você vê o toque nas formas de onda: está exibindo o que vê após a distorção introduzida pelas sondas e pelo front end analógico e pela filtragem imperfeita antes da digitalização.
Isso é algo que você precisa aprender a lidar: sempre que você examina um circuito com um osciloscópio, ele muda (espero que não seja muito) as formas de onda naquele ponto no circuito e, em seguida, ocorrem mais distorções entre a ponta da sonda e o osciloscópio. exibição. Como você não pode evitar isso, é essencial um bom entendimento de quais distorções provavelmente estão acontecendo ao usar um osciloscópio, particularmente em circuitos de frequência relativamente alta.
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Além do que foi dito sobre a compensação da sonda e a escolha da sonda, um sinal de 16MHz de um IC em execução na velocidade nominal nem sempre será tão rápido no tempo de espera que pareça uma onda quadrada perfeita. Para conseguir isso, você teria que usar estágios de saída que seriam perfeitamente capazes de manipular sinais na faixa de 100MHz. Projetar um IC como um MCU para ser o mais rápido possível seria apenas desperdiçar energia e criar problemas de compatibilidade eletromagnética.
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