一個25MHZ時鐘信號的單調性問題測試分析

圖3使用一個6G帶寬、20GS/S的示波器測試一個25M的時鐘上升沿的測試結果
那么到底是由于示波器帶寬的原因還是由于示波器采樣率的原因導致該時鐘信號在1G帶寬的示波器上和6G帶寬的示波器上測試結果的差異呢？下圖4為用一個6G帶寬的示波器，10GS/s采樣率去測量該時鐘信號的測試結果圖：

圖4 使用一個6G帶寬、10GS/S的示波器測試一個25M的時鐘上升沿的測試結果
從圖4中我們可以看到，波形的回溝已經變得很不明顯，和1G帶寬，10GS/s采樣率的示波器測得的結果很類似，另外我們還將6GHZ帶寬的示波器帶寬限制到了1GHZ ,當使用10Gs/s的采樣率的時候，上升沿上看不到回溝；當使用20Gs/s的采樣率的時候，能夠看到回溝，通過分析比較我們應該可以認為該時鐘信號的非單調邊沿未能準確測試主要原因應該是示波器采樣率不足，示波器帶寬也可能有一定的影響，但是影響應該很小。談到這里我們可能會有幾個較難理解的問題：（1）1G帶寬的示波器測量一個頻率為25MHZ的時鐘是否足夠？因為通常來講示波器的帶寬是被測信號帶寬的5倍左右就能非常精確的測試這個信號。（2）對于特定帶寬的示波器，比如說1GHZ，最大采樣率為10GS/s是否足夠，采樣率是不是越大越好，我們通常會認為對于一定的帶寬的示波器，采樣率做的特別高沒有太大的意義，因為示波器的帶寬是一定的。帶著這些問題我們先來簡單了解一下高速信號和高頻信號的概念。
二、高速電路和高速信號的基本概念 通常會從兩個角度來定義高速電路和高速信號：
1、頻率角度
通常認為如果數字邏輯電路的頻率達到或者超過45MHZ-50MHZ，而且工作在這個頻率之上的電路或者信號占整個電路的系統達到一定的份量，如1/3以上，那么會稱該電路為高速電路，相關的信號為高速信號。
2、信號上升時間角度
通常認為當信號的傳輸延時小于其上升時間（或者下降時間）的1/6的時候，該電路會呈現出分布系統的特性，也將該電路稱高速電路，相關的信號叫做高速信號。
基于上述兩個角度對高速信號概念的描述，我們可總結為：即使一個信號頻率很低，如只有25MHZ，也可能因為它的上升時間很陡而將其歸入高速信號的范疇，應以處理高速信號的方法去處理它們。在高速設計中上升時間是衡量高速信號的一個很重要的特性。
三、信號上升時間與信號功率譜的關系Howard Johnson的《High-Speed Digital Design》這篇經典之作的第一章對該問題進行了闡述和分析，給出了轉折頻率的概念以及其與信號上升時間的關系。