Osciloscopio barato que muestra onda cuadrada de 16 MHz

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Tengo un osciloscopio barato Hantek DSO4102C. Su ancho de banda nominal es de 100 MHz, y la frecuencia de muestreo es de 1 GSa / s. Puede encontrar información sobre la herramienta aquí: http://hantek.com/en/ProductDetail_3_4163.html
Ahora tengo una MCU Atmega328P que se ejecuta desde un cuarzo externo a 16 MHz, sin ningún código (chip borrado por usbasp), solo se establece el bit de fusible CKOUT. Así que supuse ver una onda cuadrada en el pin PB0, pero mi alcance lo muestra bastante distorsionado:
la hoja de datos de MCU no menciona un tiempo de subida del pin, lo que fue una gran sorpresa para mí, por lo que no puedo verificar si la medición de 9.5 ns es válida valor. Pero a juzgar por un voltaje Pk-Pk superior a 6 voltios (e incluso ir por debajo de cero para un buen 560 mV), creo que hay un problema con el alcance. Estoy en lo cierto?

AGREGADO DESPUÉS, DESPUÉS DE OBTENER ALGUNOS CONSEJOS He reunido todo en una placa de pruebas, en lugar de usar Arduino Uno. He conectado el clip de tierra del telescopio al pin de tierra del ATMega con un cable a través de la placa de pruebas. Estoy midiendo directamente en el pin de salida (ver foto de mi diseño a continuación). Ahora estoy obteniendo mejores resultados, también con un oscilador de 20 MHz. Obviamente, los valores Pk-Pk ahora están más cerca de la realidad, así como de la forma de la señal. ¡Así que gracias a todos por la ayuda!

oscilloscope

— Zhenek
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¿Sus sondas están compensadas correctamente? Además, ¿puedes probar con una sonda diferente?

— Steve G

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¿Podría agregar una foto de cómo está sondeando la señal? Es decir, cómo se conecta exactamente su sonda al circuito.

— marcelm

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Asegúrese de que su sonda esté en la posición x10, que se realice el ajuste de compensación y que el cable de conexión a tierra esté conectado a un plano muy cercano a la conexión a tierra de la MCU. También puede ejecutar el asistente de sonda y las rutinas de autocalculación.

— Spehro Pefhany

DEBE hacer lo que dice Spehro antes de comenzar a preguntarse qué está haciendo el alcance a las señales. 1. Conecte los clips de tierra de la sonda a un punto de tierra del sistema lo más cerca posible del punto de señal. 2. Sus sondas tienen un tornillo de ajuste. Generalmente accesible a través de un orificio en el costado de la sonda. Ajuste esto hasta que la forma de onda aparezca "más cuadrada". Tenga en cuenta que esto PUEDE no ser óptimo si la forma de onda no es cuadrada, pero es un buen comienzo en este caso. || Incluso teniendo en cuenta las pintas planteadas en los buenos consejos de otros, no me sorprendería si pudieras lograr un resultado más cuadrado de lo que estás viendo.

— Russell McMahon

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Uno nunca puede generar una onda cuadrada perfecta , ya que los cables, etc. siempre tienen algún efecto de condensador e inductor (pequeño).

— Willem Van Onsem

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Creo que hay un problema con el alcance. Estoy en lo cierto?

No lo creo El sobreimpulso es un fenómeno perfectamente normal cuando se mide una señal de borde rápido con una sonda de alta impedancia. (Además, estas señales se ven tan nítidas como yo esperaría que fueran).

Hay muchos tutoriales sobre la detección de señales de alta velocidad: ¡este es el momento perfecto para leer uno!

Ah, y está el fenómeno de Gibb, que dice que cualquier observación limitada por banda de un borde teórico perfecto (o mucho menos limitado por banda) tendrá un 9% de sobreimpulso; Para entender eso, recomendaría mirar la representación de la serie del coseno de la onda cuadrada y considerar lo que cortarás cuando te deshagas de algo por encima de 5 × 16 MHz (= la frecuencia fundamental de tu onda cuadrada).

— Marcus Müller
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En la función de medición de OP : creo que la frecuencia de 16.00MHz (estos 'ámbitos utilizan una base de tiempo de cristal). Pero 9.500 ns de por vida ? ¿Eso es sospechoso, especialmente con una resolución de 1ps? Y 6.16V Pk-Pk a menudo pasa por todo el registro de muestra para encontrar la extensión máxima ... (Doy cuenta de aproximadamente 5.2V, después de establecerme). Por lo tanto, el veredicto de Marcus es razonable: un sondeo más cuidadoso probablemente dé resultados diferentes: aprenda a confiar en algunas funciones de medida , desconfíe de otras.

— glen_geek

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La afirmación sobre el fenómeno de Gibbs y los sobreimpulsos solo es cierta si lo que limita el ancho de banda introduce cambios de fase dependientes de la frecuencia, así como una ganancia dependiente de la frecuencia. Es posible compensar el sobreimpulso con el tiempo de subida (o la tasa de respuesta), por ejemplo.

— alephzero

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@alephzero: O para expresar esto en conceptos más generales, la forma de una onda de banda limitada en comparación con su forma ideal ilimitada depende exactamente de cómo se logra la limitación de banda. El fenómeno "clásico" de Gibbs es solo el caso de un método de filtrado de corte perfecto ("muro de ladrillos") que pone a cero todos los armónicos por encima de una frecuencia umbral y conserva perfectamente los siguientes. Esto, en sí mismo, es una idealización de los archivadores reales, y ningún filtro real se comporta de esta manera.

— The_Sympathizer

@The_Sympathizer: De hecho, es posible diseñar filtros de manera que se garantice que no se produzcan excesos. Probablemente el ejemplo más simple es un filtro serie-R paralelo-C. En muchos casos, tolerar una cierta cantidad de sobreimpulso permitirá tener una forma de onda que siga más de cerca la onda de entrada, pero en algunas aplicaciones puede ser más importante evitar el sobreimpulso (por ejemplo, porque las señales de interés son mucho más bajas que la frecuencia de corte, y es necesario permitir que la salida alcance la escala completa).

— supercat

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Tenga en cuenta que si tiene un filtro de pared de ladrillo de 100MHz (estuche ideal) con una onda cuadrada perfecta de 16MHz, los únicos armónicos que verá son 1 (16MHz), 3 (48MHz) y 5 (80MHz). Ese es un caso ideal, pero si haces los cálculos, verás que el resultado no está muy lejos de lo que estás viendo.

En el caso no ideal, por supuesto, la carga de la sonda y la compensación tendrán más efectos de distorsión, y la forma de onda no será perfectamente cuadrada para empezar.

— Policronópolis de Cristobol
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Simulé esto en LTspice, con un poco de retraso de fase y amplitud reducida en las frecuencias más altas, y produje una forma de onda casi idéntica a la del interlocutor.

— Bruce Abbott

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Marcus Müller menciona el fenómeno de Gibbs , que produce artefactos de llamada en una señal de ancho de banda limitado, y Cristobol Polychronopolis menciona que su ancho de banda de 100 MHz reducirá la amplitud de los armónicos más allá del tercero en su señal de 16 MHz.

Por simplicidad y solo para tener una idea de lo que está sucediendo con las formas de onda, podemos graficar el caso ideal de Cristobol de solo los primeros tres armónicos :

Tenga en cuenta que esto es lo perfecto que mostraría alcance con un filtro de pared de ladrillo perfecto de 100 MHz, si se le da una onda cuadrada. Entonces, no, su alcance no se rompe cuando ve sonar en las formas de onda: muestra lo que ve después de la distorsión introducida por las sondas y el extremo frontal analógico y el filtrado imperfecto antes de la digitalización.

Esto es algo con lo que debe aprender a lidiar: cada vez que examina un circuito con un osciloscopio, cambia (con suerte no demasiado) las formas de onda en ese punto del circuito y luego se producen distorsiones adicionales entre la punta de la sonda y el osciloscopio. monitor. Como no puede evitar esto, una buena comprensión de las distorsiones que es probable que sucedan es esencial cuando se usa un 'alcance', particularmente en circuitos de frecuencia relativamente alta.

— Curt J. Sampson
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Además de lo que se dijo sobre la compensación de la sonda y la elección de la sonda, una señal de 16MHz de un IC que funciona a velocidad nominal no siempre será tan rápida en su aparición como para aparecer como una onda cuadrada perfecta. Para lograr eso, tendría que usar etapas de salida que serían perfectamente capaces de manejar señales en el rango de 100MHz. Diseñar un IC como un MCU para que sea lo más rápido posible solo desperdiciará energía y creará problemas de EMC.

— rackandboneman
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