一個25MHZ時鐘信號的單調(diào)性問題測試分析

圖3使用一個6G帶寬、20GS/S的示波器測試一個25M的時鐘上升沿的測試結(jié)果
那么到底是由于示波器帶寬的原因還是由于示波器采樣率的原因?qū)е略摃r鐘信號在1G帶寬的示波器上和6G帶寬的示波器上測試結(jié)果的差異呢？下圖4為用一個6G帶寬的示波器，10GS/s采樣率去測量該時鐘信號的測試結(jié)果圖：

圖4 使用一個6G帶寬、10GS/S的示波器測試一個25M的時鐘上升沿的測試結(jié)果
從圖4中我們可以看到，波形的回溝已經(jīng)變得很不明顯，和1G帶寬，10GS/s采樣率的示波器測得的結(jié)果很類似，另外我們還將6GHZ帶寬的示波器帶寬限制到了1GHZ ,當(dāng)使用10Gs/s的采樣率的時候，上升沿上看不到回溝；當(dāng)使用20Gs/s的采樣率的時候，能夠看到回溝，通過分析比較我們應(yīng)該可以認為該時鐘信號的非單調(diào)邊沿未能準(zhǔn)確測試主要原因應(yīng)該是示波器采樣率不足，示波器帶寬也可能有一定的影響，但是影響應(yīng)該很小。談到這里我們可能會有幾個較難理解的問題：（1）1G帶寬的示波器測量一個頻率為25MHZ的時鐘是否足夠？因為通常來講示波器的帶寬是被測信號帶寬的5倍左右就能非常精確的測試這個信號。（2）對于特定帶寬的示波器，比如說1GHZ，最大采樣率為10GS/s是否足夠，采樣率是不是越大越好，我們通常會認為對于一定的帶寬的示波器，采樣率做的特別高沒有太大的意義，因為示波器的帶寬是一定的。帶著這些問題我們先來簡單了解一下高速信號和高頻信號的概念。
二、高速電路和高速信號的基本概念 通常會從兩個角度來定義高速電路和高速信號：
1、頻率角度
通常認為如果數(shù)字邏輯電路的頻率達到或者超過45MHZ-50MHZ，而且工作在這個頻率之上的電路或者信號占整個電路的系統(tǒng)達到一定的份量，如1/3以上，那么會稱該電路為高速電路，相關(guān)的信號為高速信號。
2、信號上升時間角度
通常認為當(dāng)信號的傳輸延時小于其上升時間（或者下降時間）的1/6的時候，該電路會呈現(xiàn)出分布系統(tǒng)的特性，也將該電路稱高速電路，相關(guān)的信號叫做高速信號。
基于上述兩個角度對高速信號概念的描述，我們可總結(jié)為：即使一個信號頻率很低，如只有25MHZ，也可能因為它的上升時間很陡而將其歸入高速信號的范疇，應(yīng)以處理高速信號的方法去處理它們。在高速設(shè)計中上升時間是衡量高速信號的一個很重要的特性。
三、信號上升時間與信號功率譜的關(guān)系Howard Johnson的《High-Speed Digital Design》這篇經(jīng)典之作的第一章對該問題進行了闡述和分析，給出了轉(zhuǎn)折頻率的概念以及其與信號上升時間的關(guān)系。