Tani oscyloskop pokazujący falę kwadratową 16 MHz

Posiadam tani oscyloskop Hantek DSO4102C. Jego znamionowa szerokość pasma wynosi 100 MHz, a częstotliwość próbkowania wynosi 1 GSa / s. Kilka informacji o narzędziu można znaleźć tutaj: http://hantek.com/en/ProductDetail_3_4163.html
Teraz mam MCU Atmega328P działający z zewnętrznego kwarcu 16 MHz, bez żadnego kodu to (chip wymazany przez usbasp), ustawiony jest tylko bit bezpiecznika CKOUT. Powinienem więc zobaczyć falę kwadratową na pinie PB0, ale mój zakres pokazuje to dość zniekształcone:
arkusz danych MCU nie wspomina o czasie narastania pinów, co było dla mnie dużą niespodzianką, więc nie mogę sprawdzić, czy zmierzony 9,5 ns jest prawidłowy wartość. Ale sądząc po napięciu Pk-Pk przekraczającym 6 woltów (a nawet poniżej zera dla dobrych 560 mV), uważam, że jest problem z lunetą. Czy mam rację?

DODANO PÓŹNIEJ, PO POZNAWANIU NIEKTÓRYCH PORAD Wszystko poskładałem na desce, a nie Arduino Uno. Połączyłem zacisk uziemienia z lunety z bolcem uziemiającym ATMega za pomocą drutu przez płytkę ścienną. Mierzę bezpośrednio na styku wyjściowym (patrz zdjęcie mojego układu poniżej). Teraz uzyskuję lepsze wyniki, także z oscylatorem 20 MHz. Oczywiście wartości Pk-Pk są teraz bardziej zbliżone do rzeczywistości, a także kształtu sygnału. Dziękuję wszystkim za pomoc!

Uważam, że istnieje problem z lunetą. Czy mam rację?

Nie myśl tak Przeregulowanie jest zjawiskiem całkowicie normalnym podczas pomiaru sygnału o dużej krawędzi za pomocą sondy o wysokiej impedancji. (Również te sygnały wyglądają tak ostro, jak się spodziewałbym.)

Istnieje wiele samouczków dotyczących wykrywania sygnałów o wysokiej prędkości: to idealny czas na przeczytanie jednego!

Aha, istnieje zjawisko Gibbsa, które mówi, że każda obserwowana przez pasmo obserwacja teoretycznej doskonałej (lub znacznie mniej ograniczonej przez pasmo) krawędzi będzie miała około 9% przekroczenia; aby to zrozumieć, polecam przyjrzeć się reprezentacji fali kwadratowej w szeregu cosinusów i zastanowić się, co odetniesz, gdy pozbędziesz się czegokolwiek powyżej 5 × 16 MHz (= częstotliwość podstawowa twojej fali prostokątnej).

Pamiętaj, że jeśli masz filtr ceglany o częstotliwości 100 MHz (idealny przypadek) z idealną falą kwadratową 16 MHz, jedyne harmoniczne, jakie zobaczysz, to 1 (16 MHz), 3 (48 MHz) i 5 (80 MHz). To idealny przypadek, ale jeśli wykonasz obliczenia, zobaczysz, że wynik nie jest zbyt daleko od tego, co widzisz.

W przypadku nieidealnym, oczywiście ładowanie sondy i kompensacja będą miały dalsze efekty zniekształcające, a kształt fali nie będzie na początku idealnie kwadratowy.

Marcus Müller wspomina zjawisko Gibbsa , które wytwarza artefakty dzwonienia w sygnale o ograniczonym paśmie, a Cristobol Polychronopolis wspomina, że ​​twoje pasmo 100 MHz zmniejszy amplitudę harmonicznych powyżej trzeciej w sygnale 16 MHz.

Dla uproszczenia i po prostu zorientowania się, co się dzieje z przebiegami, możemy wykreślić idealny przypadek Cristobola dla pierwszych trzech harmonicznych :

Pamiętaj, że to jest idealne lunetę z doskonałym filtrem ceglanym o częstotliwości 100 MHz, gdyby otrzymał falę kwadratową. Więc nie, twój zasięg nie jest zepsuty, gdy widzisz dzwonienie w przebiegach: wyświetla to, co widzi po zniekształceniach wprowadzonych przez sondy i analogowy interfejs oraz niedoskonałe filtrowanie przed digitalizacją.

Musisz się z tym nauczyć: za każdym razem, gdy badasz obwód za pomocą oscyloskopu, zmienia on (mam nadzieję, że nie za dużo) kształty fal w tym punkcie obwodu, a następnie dochodzi do dalszych zniekształceń między końcówką sondy a oscyloskopem pokaz. Ponieważ nie można tego uniknąć, dobre zrozumienie tego, co może się zdarzyć, jest niezbędne podczas korzystania z lunety, szczególnie w obwodach o stosunkowo wysokiej częstotliwości.

Oprócz tego, co powiedziano o kompensacji sondy i wyborze sondy, sygnał 16 MHz z układu scalonego pracującego z nominalną prędkością nie zawsze będzie tak szybki w czasie narastania, że ​​będzie wyglądał jak idealna fala prostokątna. Aby to osiągnąć, musisz zastosować stopnie wyjściowe, które byłyby w stanie doskonale obsługiwać sygnały w zakresie 100 MHz. Zaprojektowanie układu scalonego, takiego jak MCU, tak szybkiego wzrostu, jak to tylko możliwe, tylko zmarnowałoby energię i spowodowałoby problemy z EMC.