Warum sieht mein Rechteck auf einem FPGA so aus?

Ich habe mein FPGA so programmiert, dass eine einfache 1-MHz-Rechteckfunktion erstellt wird. Wenn ich jedoch die resultierende Funktion auf meinem Oszilloskop anzeige, zeigt sie nach den Kanten eine gewisse Schwingung.

Zuerst dachte ich, dies könnten die Fourier-Komponenten sein, aber das scheint nicht zu passen (z. B. ist es nicht symmetrisch).

Was erzeugt diese Schwingungen? Ich habe ein paar Vermutungen, aber keine Ahnung, welche, wenn überhaupt, richtig ist:

1. eine unbeabsichtigte LC-Schaltung
2. eine schlecht konfigurierte PID im FPGA
3. Übersprechen

Wie lang ist die Erdungsleitung an Ihrer Zielfernrohrsonde?

1. Ihre Zielfernrohrsonde sollte sich in der X10-Position befinden und ordnungsgemäß kompensiert sein.
2. Entfernen Sie das lange Erdungskabel, das mit der Zielfernrohrsonde geliefert wurde, und entfernen Sie auch den Sondengreiferhaken von der Vorderseite der Sonde.
3. Nehmen Sie einen blanken Draht Nr. 22 oder Nr. 24 und wickeln Sie 2 oder 3 Umdrehungen um den freiliegenden Metallring an der Vorderseite der Sonde. Drehen Sie die Enden der Drahtschlaufe fest zusammen, um einen steifen Zopf zu erhalten.
4. Löten Sie diesen Erdungspigtail an einen Erdungspunkt, der so nahe wie möglich an dem zu messenden Signal liegt. Der Bodenpigtail sollte so kurz wie möglich sein.
5. Berühren Sie mit der Sondenspitze das Signal, das Sie beobachten möchten.

Schauen Sie sich nun Ihre Oszilloskop-Wellenform an. Die Chancen stehen sehr gut, dass es viel besser aussieht, ohne das Klingeln, das Sie auf den schnellen Übergängen sehen.

Mit anderen Worten, dies scheint eher ein Messproblem zu sein als etwas, das mit Ihrer Schaltung nicht stimmt.

Dies wird normalerweise als Klingeln bezeichnet und ist häufig. Wenn es nur einen einzelnen Impuls gibt, wird dies als Überschwingen bezeichnet.

Wie Sie vermuten, wird dies dadurch verursacht, dass unbeabsichtigte LC-Elemente in der Verkabelung durch die schnellen Flanken des Signals angeregt werden. Sogar ein oder zwei Zoll Draht können eine ausreichende Induktivität erzeugen, um diesen Effekt zu verursachen.

Oft wird es durch schlechte Erdung der Oszilloskopsonde übertrieben. Sie sollten ein möglichst kurzes Erdungskabel an der Sonde verwenden. Oft kann ich überprüfen, ob es durch die Sonde verursacht wird, indem ich die Zielfernrohrsonde und die Erdungsleitung fest mit meiner Hand festhalte. Wenn sich die angezeigte Spur ändert, ist die Erdung nicht gut genug. Ihre Zielfernrohrsonde verfügt möglicherweise über alternative Tipps, die Möglichkeiten zum Anschließen der Sonde an die Schaltung mit einer kürzeren Masse enthalten.

Diese Anwendungsnotiz von Jim Williams enthält einige gute Ideen und Erklärungen zu Sondierungsproblemen: Jim Williams AN47

Wie die anderen Poster kommentiert haben, hat das von Ihnen verwendete Oszilloskop nach modernen Maßstäben eine extrem geringe Bandbreite. Im Allgemeinen finde ich, dass 100-MHz-Bandbreite eine gute Bandbreite für die Verwendung mit Schaltkreisen mit Takten bis zu 10-20 MHz ist. In meiner beruflichen Arbeit ist 1 GHz jetzt typisch für den allgemeinen Gebrauch.

Auch wenn die Signalfrequenz in Ihrem Beispiel möglicherweise nur 1 MHz beträgt, werden die Signale in 1 ns oder schneller übergehen, was zu sehr hohen Frequenzeffekten führen kann.

Ihr Zielfernrohr zeigt 10 MHz direkt auf der Vorderseite an. Das ist die 3dB-Bandbreite. Die 1-MHz-Grundwelle kommt also ohne große Verzerrung durch, aber nur bis zur 9. oder 11. Harmonischen ... so scheint die Rechteckwelle an den Rändern ein gewisses Klingeln zu haben. das ist normal. Ein höheres Bandwitdh-Oszilloskop würde das 1-MHz-Signal mit schärferen Kanten anzeigen, aber es wird immer etwas klingeln. Dies fällt auf, wenn Sie sich der Bandbreitenbeschränkung des Instruments nähern.

Ich glaube, die Hauptursache für das Kantenklingeln ist die Zielfernrohrsonde. In Bezug auf die Symmetrie des Signals sehe ich es sehr symmetrisch.