Prinzipien des digitalen Speicheroszilloskops
Digitale Speicheroszilloskope unterscheiden sich von herkömmlichen analogen Oszilloskopen dadurch, dass sie die erfassten analogen Spannungssignale in digitale Signale umwandeln, die vom internen Mikrocomputer analysiert, verarbeitet, gespeichert, angezeigt oder gedruckt werden. Diese Oszilloskope verfügen normalerweise über Programmier- und Fernsteuerungsfunktionen und können über die GpIB-Schnittstelle auch zur Analyse und Verarbeitung an den Computer und andere externe Geräte übertragen werden.
Sein Arbeitsvorgang ist im Allgemeinen in zwei Phasen unterteilt: Speichern und Anzeigen. In der Speicherphase wird zunächst das analoge Signal abgetastet und quantifiziert, dann vom A/D-Wandler in digitale Signale umgewandelt und sequenziell im RAM gespeichert. Wenn die Abtastfrequenz hoch genug ist, kann das Signal ohne Verzerrung gespeichert werden. Wenn diese Informationen beobachtet werden müssen, müssen diese Informationen in der richtigen Frequenz aus dem RAM-Speicher in Übereinstimmung mit der ursprünglichen Reihenfolge des D/A-Wandlers und der LpE-Filterung an das Oszilloskop gesendet werden, um die Wellenform nach der Wiederherstellung beobachten zu können.
Die Nachleuchtzeit des p31-Leuchtstoffs auf der CRT eines normalen analogen Oszilloskops beträgt weniger als 1 ms. In einigen Fällen kann eine CRT mit p7-Leuchtstoff eine Nachleuchtzeit von etwa 300 ms aufweisen. Solange ein Signal vom Leuchtstoff beleuchtet wird, zeigt die CRT kontinuierlich die Signalwellenform an. Wenn das Signal entfernt wird, wird der Sweep auf der CRT mit p31-Material schnell gedimmt, während der Sweep auf der CRT mit p7-Material etwas länger bleibt.
Was ist nun, wenn das Signal nur ein paar Mal pro Sekunde auftritt, die Signalperiode nur ein paar Sekunden beträgt oder das Signal sogar nur einmal aus Bursts besteht? In diesem Fall sind die Signale mit den oben beschriebenen analogen Oszilloskopen fast, wenn nicht gar nicht beobachtbar.
Der sogenannte digitale Speicher dient dazu, das Signal im Oszilloskop in Form eines digitalen Codes zu speichern. Nachdem das Signal in das digitale Speicheroszilloskop (DSO) gelangt ist und bevor es den Ablenkkreis der CRT erreicht (Abbildung 1), tastet das Oszilloskop die Signalspannung in regelmäßigen Abständen ab. Diese Abtastungen werden dann mithilfe eines Analog-Digital-Wandlers (ADC) umgewandelt, um ein Binärwort zu erzeugen, das jede abgetastete Spannung darstellt. Dieser Vorgang wird als Digitalisierung bezeichnet.
Die erhaltenen Binärwerte werden im Speicher abgelegt. Die Rate, mit der das Eingangssignal abgetastet wird, wird als Abtastrate bezeichnet. Die Abtastrate wird durch den Abtasttakt gesteuert. Für den allgemeinen Gebrauch reicht die Abtastrate von 20 Megabit pro Sekunde (20 MS/s) bis 200 MS/s. Die im Speicher abgelegten Daten werden verwendet, um die Signalwellenform auf dem Oszilloskopbildschirm zu rekonstruieren. Daher ist die Schaltung zwischen dem Eingangssignalanschluss im DSO und der CRT des Oszilloskops mehr als nur eine analoge Schaltung. Die Wellenformen der Eingangssignale werden im Speicher abgelegt, bevor sie auf der CRT angezeigt werden, und die Wellenformen, die wir auf dem Oszilloskopbildschirm sehen, sind immer die aus den erfassten Daten rekonstruierten Wellenformen, nicht die direkten Wellenformen der Signale, die den Eingangsanschlüssen hinzugefügt werden.
