Visualización de la velocidad de datos como ondas cuadradas (Conversión de bits por segundo en hercios) para seleccionar la frecuencia de muestreo de ADC

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Sé que los bits por segundo y hertz son dos unidades diferentes. Esta pregunta me ayudará a diseñar un osciloscopio con la frecuencia de muestreo ADC adecuada para ver los protocolos de comunicación.

Imagínese un protocolo de comunicación (por ejemplo, I2C) que tenga una velocidad de datos de 1Mbps. Según el protocolo, hay diferentes campos en los que podemos mantener los datos, direcciones, etc. Pero actualmente estoy asumiendo que cada bit en este protocolo está alternando uno tras otro. Entonces esto parece una onda cuadrada.

En una onda cuadrada, la primera mitad será alta (Lógica 1) y la segunda mitad será baja (Lógica 0) o viceversa. Así que en un ciclo tenemos dos bits. Según esta visualización, 1 Hz, es decir, 1 ciclo / segundo es equivalente a 2 bits / segundo (o 2 puntos básicos).

De forma similar para la velocidad de datos de 1Mbps, habrá 1000000 bits por segundo. Si asumimos que cada bit es inverso al otro (es decir, se alternan como una onda cuadrada) y según nuestro cálculo, 2 bits estarán presentes en un ciclo de onda cuadrada, entonces 1000000 bits por segundo = 500000Hz (1000000bps / 2 bits en un ciclo). Entonces 1Mbps es equivalente a 500kHz de onda cuadrada.

¿Es correcta mi visualización (convertí bits por segundo a hertz)?

Quiero hacer un osciloscopio USB en el que quiero seleccionar una frecuencia de muestreo adecuada para el ADC. Entonces, en este caso, si asumo 1Mbps como 500kHz, entonces para una buena visualización de la señal (reconstrucción de la señal basada en las muestras ADC), el muestreo se debe realizar a 10 veces la frecuencia de la señal, es decir, 5Mega muestras por segundo (500kHz * 10 = 5MHz)

¿Este cálculo es correcto?

¿Esto también significa que puedo ver claramente los niveles de voltaje de este protocolo de comunicación en un osciloscopio con un ancho de banda de 5MHz (500kHz * 10)?

    
pregunta robomon

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Si todo lo que quiere hacer es ver los niveles de voltaje de la señal, entonces su análisis es correcto. Además, en el caso de una onda cuadrada verdadera (en lugar de un flujo de pulsos digitales), podrá determinar la frecuencia fundamental, según Shannon y Nyquist. Sin embargo, una onda cuadrada tiene un contenido de frecuencia significativo en frecuencias mucho más altas ... al menos hasta 11 veces la fundamental para fines prácticos.

Lamentablemente, se perderá mucha información que es crítica para los protocolos de señalización digital. No podrá determinar el ancho real de un pulso con mucha precisión. También será muy difícil observar las relaciones entre señales , como el reloj y los datos, que son absolutamente vitales al depurar protocolos seriales. Para ser útil para la depuración, debe muestrear a una frecuencia mucho mayor, y debe poder activar el alcance en los bordes de una señal mientras muestrea otra señal simultáneamente.

Mi opinión es que un buen alcance sería muestrear aproximadamente 20 veces la velocidad de datos.

EDITAR: Para las comunicaciones en serie, el ancho de pulso, en el tiempo, para cada bit es un parámetro muy importante. Si su velocidad de datos es de 1Mbps, entonces espera que el ancho del pulso sea de 1 \ $ \ mu \ $ s, pero si solo toma una muestra de esa señal a 5MHz, entonces sus medidas de ancho de pulso serán \ $ \ pm \ $ 0.1 \ $ \ mu \ $ s que es bastante áspero. Más importantes en mi mente son las medidas de configuración y mantenimiento. Desea saber cuánto tiempo es estable la señal de datos antes del borde del reloj y cuánto tiempo permanece válida después del borde del reloj. Las especificaciones de configuración y retención pueden ser de decenas de nanosegundos para una velocidad de datos de 1Mbps, y será muy difícil observarlas cuando se muestrean cada 200 ns.

Para la depuración de las comunicaciones en serie, el instrumento que realmente desea es un analizador lógico . Estos dispositivos pueden muestrear datos a frecuencias muy altas, pero no intentan medir el voltaje real de la señal, solo si es una lógica válida 1 o 0 . También tienen otras capacidades que se hacen posibles al tratar las entradas como datos digitales en lugar de voltajes analógicos.

    
respondido por el Joe Hass

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