Jaka częstotliwość próbkowania jest potrzebna do pomiaru różnych typów sygnałów za pomocą oscyloskopu?
Przez sondę wprowadzamy sygnał do oscyloskopu. Po przejściu zmierzonego sygnału przez układ wzmocnienia, tłumienia i inne obwody kondycjonowania sygnału na przednim końcu oscyloskopu, szybki przetwornik analogowo-cyfrowy ADC wykonuje próbkowanie sygnału i cyfrową kwantyzację. Częstotliwość próbkowania oscyloskopu to konwersja sygnału wejściowego z sygnału analogowego na cyfrowy. Częstotliwość zegara próbkującego podczas konwersji to, w uproszczeniu, interwał próbkowania. W każdym przedziale próbkowania pobierany jest jeden punkt próbkowania. Na przykład częstotliwość próbkowania wynosząca 1GSa/s oznacza, że oscyloskop jest w stanie zebrać 1 miliard punktów próbkowania na sekundę. W tym momencie interwał próbkowania wynosi 1 nanosekundę.
W przypadku oscyloskopów czasu rzeczywistego powszechnie stosowana jest obecnie metoda próbkowania w czasie rzeczywistym. Tak zwane próbkowanie w czasie rzeczywistym polega na ciągłym, szybkim próbkowaniu w równych odstępach czasu zmierzonego sygnału fali, a następnie rekonstrukcji lub przywróceniu kształtu fali na podstawie tych stale próbkowanych punktów. W procesie próbkowania w czasie rzeczywistym bardzo ważne jest, aby częstotliwość próbkowania oscyloskopu była znacznie większa niż zmiana mierzonego sygnału.
O ile szybciej jest to możliwe? Prawo Nyquista stosowane w cyfrowym przetwarzaniu sygnałów mówi, że jeśli szerokość pasma mierzonego sygnału jest ograniczona, to podczas próbkowania i kwantyzacji sygnału, jeśli częstotliwość próbkowania jest ponad dwukrotnie większa od szerokości pasma mierzonego sygnału, można go całkowicie zrekonstruować lub odzyskać informację przenoszoną w sygnale bez aliasingu.
Następnie zmniejszymy ton czasu, dzięki czemu częstotliwość próbkowania będzie większa. Dostosujemy częstotliwość próbkowania, aż częstotliwość próbkowania będzie 2 i 10 razy większa od częstotliwości sygnału, aby obserwować zmiany sygnału, czyli 2MSa/s i 10MSa/s. Sygnał po lewej stronie na poniższym rysunku ma częstotliwość próbkowania 2MSa/s. Widać, że częstotliwość sygnału zmieniła się z powrotem na 1 MHz, co jest prawidłową wartością częstotliwości sygnału. Jednak pierwotna fala sinusoidalna stała się falą trójkątną, a kształt fali został zniekształcony. Kiedy częstotliwość próbkowania zmieni się na 10MSa/s, czyli sygnał po prawej stronie poniższego rysunku, widać, że sygnał coraz bardziej zbliża się do fali sinusoidalnej, ale nadal nie jest zbyt piękny.
