Один из коллег попросил измерить значение джиттера компаратора с однополярным питанием, построенного на базе микросхемы LM359 [1]. Он хотел узнать, каковы характеристики джиттера компаратора на дискретных компонентах по сравнению с компаратором на микросхеме, который использовался в ультразвуковом приложении.
Для проведения испытаний была разработана специальная схема питания для компаратора, а также для модуля кварцевого генератора с нормированным джиттером. Источник питания, тактовый генератор и компаратор схемы (Рисунок 1) были размещены на одной печатной плате с земляным слоем. На плате использовалась специальная контрольная точка для щупов осциллографа со скрученным в спираль проводом заземления, в который вставляется земляная втулка наконечника щупа. (Этот метод часто используется для уменьшения паразитного звона и обеспечения хорошего пути для возвратного тока). Среднеквадратичное значение джиттера для этого серийно выпускаемого модуля тактового генератора на основе кварцевого резонатора (CTS MXO45HS-3C-1M0000, максимум 5 пс) было лучше, чем мог обеспечить компаратор.
 |
|
| Рисунок 1. | На печатной плате схемы, используемой для тестирования компаратора тактовыми импульсами с низким джиттером, сдвоенный компаратор находится в крайнем правом углу (один компаратор активен, второй «отвязан» как запасной), а модуль тактового генератора 1 МГц находится в центре платы. |
Используя RSET в схеме на Рисунке 2, основной регулятор LT3081 позволяет подавать либо +5 В для питания кварцевого генератора, либо +15 В для смещенных тактовых импульсов и компаратора. Усилитель LT3081 был выбран потому, что он изначально устойчив при любой емкости нагрузки. Гибкость используемой конфигурации питания обеспечивает возможность измерения джиттера тактовых импульсов с несмещенным уровнем или джиттера смещенных тактовых импульсов и компаратора. К напряжению опорного источника 5 В (REF195) последовательно добавляется напряжение шунтового опорного источника 5 В микросхемы LT1634B-5. Питание кварцевого генератора обеспечивается напряжением 5 В, получаемым от микросхемы REF195.
 |
|
| Рисунок 2. | Микросхема LT3081 может конфигурироваться для питания одной из двух возможных схем на испытательной плате, используемой для проверки джиттера компаратора. |
Выходной сигнал генератора будет колебаться между уровнями 5 и 10 В относительно земли. Сдвинутые по уровню тактовые импульсы подаются на инвертирующий вход компаратора. На неинвертирующий вход компаратора подается напряжение +7.5 В, полученное путем последовательного подключения еще одного шунтового источника опорного напряжения 2.5 В (ADR5041B) к шунтовому источнику опорного напряжению 5 В.
При выполнении теста к выводам источника питания кварцевого генератора был подключен измерительный усилитель (AD8220) с единичным усилением для измерения стабильности источника питания во время фронтов тактовых импульсов. Встроенные в плату контрольные точки (TP) для подключения осциллографа предотвращают значительные выбросы и звон на быстрых фронтах смещенных по уровню тактовых импульсов и сигналов компаратора (Рисунок 3).
 |
|
| Рисунок 3. | Канал CH1 – выход дискретного компаратора LM359, а CH2 – входной тактовый сигнал со смещенным уровнем; их базовые линии совпадают друг с другом. |
Для разработки метода определения среднеквадратичного джиттера инженер по приложениям компании Tektronix рекомендовал использовать приложение TekScope Anywhere [2] для анализа зависимости напряжения от времени при захвате длинных выборок. Данные, полученные с помощью Tektronix MSO4034 (осциллограф 350 МГц, 2.5 Гвыб/с), имели формат .isf, а размеры файлов выбранных данных были ограничены 20 МБ, чтобы соответствовать ограничениям памяти для вложений электронной почты и упростить коллективную удаленную работу. Как смещенные тактовые импульсы, так и выходные сигналы компаратора были представлены файлами .isf, созданными осциллографом Tektronix.
Для облегчения масштабирования осциллограмм входных сигналов и лучшего использования входного диапазона аналого-цифрового преобразователя без ограничения уровня сигналы были связаны по переменному току. Настройки осциллографа включали частоту дискретизации 2.50 Гвыб/с, длину записи 10 млн. выборок, чувствительность по вертикали 700 мВ/дел (тактовые импульсы) и 1.8 В/дел (компаратор), скорость развертки 100 мкс/дел и связь по переменному току в каждом канале. Метод запуска включал Запуск B (с задержкой) после n событий при n = 1000. Если бы использовался только запуск по фронту, синхронизация осциллографа пыталась бы компенсировать джиттер в точке запуска. (Типичное значение джиттера для приборов серии MDO4000, вероятно, такое же, как для серии MSO4000, для которой оно составляет менее 10 пс с.к.з. при запуске по фронту). Выбранный метод запуска, скорее всего, уменьшил влияние джиттера синхронизации прибора.
Для генерации данных и графиков из файлов .isf, собранных осциллографом MSO, использовалось приложение TekScope, и данные были обработаны для определения стандартного отклонения и пикового джиттера. На основе полученных выборок 3998 тактовых импульсов была построена гистограмма, которая была объединена с результатами, полученными с помощью приложения (Рисунок 4). Верхняя диаграмма представляет собой зависимость измеренного периода от времени и показывает, что в данных в случайные моменты времени выборки произошло несколько всплесков; они приведут к появлению «выбросов» на гистограмме (вторая диаграмма).
 |
|
| Рисунок 4. | В объединенных результатах, полученных с помощью приложения Tektronix «TekScope Anywhere», верхняя диаграмма представляет собой входные тактовые импульсы вместе с их гистограммой (стандартное отклонение входного тактового сигнала составляет 14.4 пс), а нижний график показывает выходной сигнал компаратора и его гистограмму (стандартное отклонение выходного сигнала компаратора составляет 27.1 пс). |
Измеренные характеристики джиттера компаратора – всего 23 пс с.к.з. в пределах одного стандартного отклонения при частоте входных тактовых импульсов 1 МГц – превзошли расчетные ожидания. Они были определены с помощью следующей формулы, время в которой указывается в пикосекундах (характеристики джиттера осциллографа не включены):
В результате мы пришли к выводу, что при наличии хорошего цифрового осциллографа, такого как Tektronix, можно построить простую тестовую печатную плату и собрать данные о джиттере с точной и высокоскоростной схемы. Измерения джиттера показали, что этот компаратор может работать с ультразвуковым приложением коллеги.
Ссылки
- Tim Davis. Сдвоенный и точный компаратор для промышленных и измерительных приложений
- TekScope Anywhere Waveform Analysis Application Help
Купить AD8220 на РадиоЛоцман.Цены
