Oscilloscope bon marché montrant une onde carrée de 16 MHz

Je possède un oscilloscope pas cher Hantek DSO4102C. Sa bande passante nominale est de 100 MHz et sa fréquence d'échantillonnage est de 1 GSa / s. Quelques informations sur l'outil peuvent être trouvées ici: http://hantek.com/en/ProductDetail_3_4163.html
J'ai maintenant un MCU Atmega328P fonctionnant à partir d'un quartz externe à 16 MHz, sans aucun code (puce effacée par usbasp), seul le bit de fusible CKOUT est activé. Donc, je devais voir une onde carrée à la broche PB0, mais mon champ d'application la montre assez déformée:
la fiche technique de MCU ne mentionne pas le temps de montée de la broche, ce qui était une grande surprise pour moi, donc je ne peux pas vérifier si la mesure de 9,5 ns est valide valeur. Mais à en juger par la tension Pk-Pk dépassant 6 volts (et même en dessous de zéro pour un bon 560 mV), je pense qu'il y a un problème avec la portée. Ai-je raison?

AJOUTÉ PLUS TARD, APRÈS AVOIR OBTENU QUELQUES CONSEILS J'ai tout assemblé sur une planche à pain, plutôt que d'utiliser Arduino Uno. J'ai connecté le clip de mise à la terre de l'oscilloscope à la broche de mise à la terre de l'ATMega avec un fil à travers la maquette. Je mesure directement sur la broche de sortie (voir photo de ma disposition ci-dessous). Maintenant, j'obtiens de meilleurs résultats, également avec un oscillateur à 20 MHz. De toute évidence, les valeurs Pk-Pk sont maintenant plus proches de la réalité, ainsi que de la forme du signal. Merci à tous pour votre aide!

Je pense qu'il y a un problème avec la portée. Ai-je raison?

Ne pense pas. Le dépassement est un phénomène parfaitement normal lors de la mesure d'un signal à front rapide avec une sonde à haute impédance. (De plus, ces signaux semblent aussi nets que je m'y attendais.)

Il existe de nombreux tutoriels sur la détection de signaux à grande vitesse: c'est le moment idéal pour en lire un!

Oh, et il y a le phénomène de Gibb, qui dit que toute observation limitée par la bande d'un bord théorique parfait (ou beaucoup moins limité par la bande) aura environ 9% de dépassement; pour comprendre cela, je recommanderais de regarder la représentation en série cosinus de l'onde carrée et de considérer ce que vous couperez lorsque vous vous débarrasserez de tout ce qui dépasse 5 × 16 MHz (= la fréquence fondamentale de votre onde carrée).

Gardez à l'esprit que si vous avez un filtre à brique de 100 MHz (cas idéal) avec une onde carrée parfaite de 16 MHz, les seules harmoniques que vous verrez sont 1 (16 MHz), 3 (48 MHz) et 5 (80 MHz). C'est un cas idéal, mais si vous faites les calculs, vous verrez que le résultat n'est pas trop loin de ce que vous voyez.

Dans le cas non idéal, bien sûr, le chargement et la compensation de la sonde auront d'autres effets de distorsion, et la forme d'onde ne sera pas parfaitement carrée pour commencer.

Marcus Müller mentionne le phénomène de Gibbs , qui produit des artefacts de sonnerie dans un signal à bande passante limitée, et Cristobol Polychronopolis mentionne que votre bande passante de 100 MHz réduira l'amplitude des harmoniques au-delà du troisième de votre signal à 16 MHz.

Pour plus de simplicité et juste pour avoir une idée de ce qui se passe avec les formes d'onde, nous pouvons représenter graphiquement le cas idéal de Cristobol des trois premières harmoniques uniquement :

Notez que c'est ce que montrerait une lunette parfaite avec un filtre mural en brique parfait à 100 MHz, si on lui donne une onde carrée. Donc non, votre portée n'est pas cassée lorsque vous voyez sonner dans les formes d'onde: il affiche ce qu'il voit après la distorsion introduite par les sondes et le frontal analogique et le filtrage imparfait avant la numérisation.

C'est quelque chose que vous devez apprendre à gérer: chaque fois que vous examinez un circuit avec un oscilloscope, il modifie (espérons-le pas trop) les formes d'onde à ce point du circuit, puis de nouvelles distorsions se produisent entre la pointe de la sonde et celle de l'oscilloscope. afficher. Puisque vous ne pouvez pas éviter cela, une bonne compréhension des distoritions susceptibles de se produire est essentielle lors de l'utilisation d'un oscilloscope, en particulier sur les circuits à relativement haute fréquence.

En plus de ce qui a été dit sur la compensation et le choix de la sonde, un signal à 16 MHz provenant d'un circuit intégré fonctionnant à la vitesse nominale ne sera pas toujours aussi rapide en temps de montée qu'il apparaîtra comme une onde carrée parfaite. Pour y parvenir, vous devrez utiliser des étages de sortie parfaitement capables de gérer des signaux dans la plage de 100 MHz. Concevoir un circuit intégré comme un microcontrôleur pour être aussi rapide que possible ne ferait que gaspiller de l'énergie et créer des problèmes de compatibilité électromagnétique.