Zastosowanie i rozwiązania projektowe cyfrowego oscyloskopu elektronicznego
Oscyloskopy elektroniczne to przyrządy szeroko stosowane przez inżynierów w laboratoriach, fabrykach i na miejscu. Tak naprawdę oscyloskopy elektroniczne to także produkty o największym wolumenie sprzedaży i największym wolumenie sprzedaży wśród elektronicznych przyrządów testowych i pomiarowych. Od późnych lat trzydziestych do wczesnych czterdziestych XX wieku, napędzany szybko rozwijającym się rynkiem transmisji telewizyjnej i radarów, analogowy oscyloskop elektroniczny został w zasadzie ukończony i podzielony na cztery części: wzmocnienie pionowe, skanowanie poziome, synchronizacja wyzwalania i wyświetlacz lampy oscyloskopowej (CRT). . . Szerokość pasma analogowych oscyloskopów elektronicznych w czasie rzeczywistym osiągnęła szczyt 1000 MHz w latach siedemdziesiątych. Wraz z pojawieniem się technologii cyfrowej i układów scalonych, począwszy od lat 80. XX wieku, analogowe oscyloskopy elektroniczne, w których dominowały lampy próżniowe i szerokopasmowe obwody wzmacniaczy, były stopniowo zastępowane przez cyfrowe oscyloskopy elektroniczne. Wraz z gwałtownym rozwojem technologii informatycznych i rynków komunikacji cyfrowej, w latach 90. szerokość pasma cyfrowych oscyloskopów elektronicznych w czasie rzeczywistym przekroczyła 1 GHz. W pierwszej dekadzie XXI wieku cyfrowe oscyloskopy elektroniczne również zrobiły krok naprzód, osiągając szerokość pasma w czasie rzeczywistym przekraczającą 10 GHz i równoważną szerokość pasma próbkowania sięgającą 100 GHz.
Struktura obwodu cyfrowego oscyloskopu elektronicznego jest prostsza niż analogowego oscyloskopu elektronicznego. Składa się głównie z czterech części: przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC), magazynu/procesora przebiegu, przetwornika cyfrowo-analogowego (DAC) i wyświetlacza ciekłokrystalicznego (LCD). Analogowe oscyloskopy elektroniczne muszą mieć szerokopasmową odpowiedź od przedniego końca sygnału wejściowego do tylnego końca wyświetlacza przebiegu. Jednak cyfrowe oscyloskopy elektroniczne wymagają jedynie, aby przedni przetwornik analogowo-cyfrowy miał taką samą charakterystykę szerokopasmową jak sygnał wejściowy, a następnie charakterystyka częstotliwościowa różnych obwodów jest odpowiednio zmniejszana. Zgodnie z zasadą próbkowania, w optymalnych warunkach częstotliwość próbkowania jest równa 2-krotności najwyższej częstotliwości wejściowego sygnału analogowego. Po przefiltrowaniu i przetworzeniu cyfrowych informacji wyjściowych przetwornika ADC przez przetwornik cyfrowo-analogowy można odtworzyć kształt fali sygnału wejściowego. Oczywiście częstotliwość zegara DAC może być znacznie niższa niż częstotliwość próbkowania ADC. Ponadto, aby zredukować sygnały aliasingu spowodowane filtrowaniem i przetwarzaniem sygnału, rzeczywista częstotliwość próbkowania wykorzystywana przez przetwornik ADC cyfrowego oscyloskopu elektronicznego jest 4-krotnością, a nie 2-krotnością najwyższej częstotliwości analogowego sygnału wejściowego.
Obecnie najwyższy poziom częstotliwości próbkowania ADC sięga 20 GHz, a rozdzielczość wynosi 8 bitów. Jeżeli zastosuje się dwa przetworniki ADC o częstotliwości próbkowania 20 GHz i nałoży się je na oś czasu, uzyskana zostanie równoważna funkcja ADC o rozdzielczości 8 bitów i częstotliwości próbkowania 40 GHz. Innymi słowy, przy użyciu przetwornika ADC o częstotliwości próbkowania 20 GHz można osiągnąć szerokość pasma implementacji 10 GHz, ale rozdzielczość wynosi tylko 8 bitów. Jeśli pozwoli się zmniejszyć częstotliwość próbkowania przetwornika ADC, zwiększenie rozdzielczości przetwornika ADC nie będzie trudne. Na przykład przetwornik ADC o częstotliwości próbkowania 1 MHz może osiągnąć rozdzielczość 28-bitową. Cyfrowe oscyloskopy elektroniczne o paśmie czasu rzeczywistego przekraczającym 100 MHz w pełni przyjmują rozdzielczość 8-bitową. Aby poprawić rozdzielczość, można uśredniać wielokrotne próbki, ale czas pomiaru również odpowiednio się wydłuża. Cyfrowe oscyloskopy elektroniczne o szerokości pasma czasu rzeczywistego mniejszej niż 100 MHz mogą zapewniać produkty o rozdzielczości 8- bitów, 10- bitów i 16- bitów lub więcej.
