Erläuterung der Abtastrate und Speichertiefe von Oszilloskopen
Abtastung, Abtastrate
Wir wissen, dass Computer nur diskrete digitale Signale verarbeiten können. Das erste Problem bei der Übertragung analoger Spannungssignale in ein Oszilloskop besteht in der kontinuierlichen Signaldigitalisierung (Analog-/Digital-Umwandlung). Der Vorgang der Umwandlung kontinuierlicher Signale in diskrete Signale wird allgemein als Sampling (Abtastung) bezeichnet. Kontinuierliche Signale müssen abgetastet und quantifiziert werden, damit sie vom Computer verarbeitet werden können. Daher ist die Abtastung die Grundlage für die Wellenformverarbeitung und -analyse digitaler Oszilloskope. Die digitale Sampling-Speicherung eines Oszilloskops erfolgt durch Messen der Spannungsamplitude der Wellenform in gleichmäßigen Zeitabständen. Die Spannung wird in einen 8-stelligen Binärcode umgewandelt, um digitale Informationen darzustellen. Je kürzer das Zeitintervall zwischen den abgetasteten Spannungen ist, desto näher kommt die rekonstruierte Wellenform dem Originalsignal. Die Samplingrate (Abtastrate) ist das Abtastintervall. Wenn die Samplingrate eines Oszilloskops beispielsweise 10G-mal pro Sekunde (10GSa/s) beträgt, bedeutet dies, dass alle 100 ps abgetastet wird.
Gemäß dem Nyquist-Abtasttheorem muss bei der Abtastung eines bandbegrenzten Signals mit einer maximalen Frequenz von f die Abtastfrequenz SF mehr als doppelt so groß wie f sein, um sicherzustellen, dass das ursprüngliche Signal vollständig aus dem abgetasteten Wert rekonstruiert werden kann. Dabei wird f als Nyquist-Frequenz und 2 f als Nyquist-Abtastrate bezeichnet. Für eine Sinuswelle sind mindestens zwei Abtastungen pro Zyklus erforderlich, um sicherzustellen, dass der digitalisierte Impulszug genauer aus der ursprünglichen Wellenform rekonstruiert werden kann. Wenn die Abtastrate niedriger als die Nyquist-Abtastrate ist, führt dies zum Phänomen des Aliasing.
Sampling-Modus
Wenn das Signal in den DSO eingeht, müssen alle Eingangssignale vor der A/D-Umwandlung abgetastet werden. Die Abtasttechnologie wird im Allgemeinen in zwei Kategorien unterteilt: Echtzeitmodus und Äquivalentzeitmodus.
Der Echtzeit-Abtastmodus (Echtzeit-Abtastung) wird verwendet, um nicht wiederholte oder einmalige Signale zu erfassen, wobei feste Zeitintervalle für die Abtastung verwendet werden. Nach einmaligem Auslösen tastet das Oszilloskop die Spannung kontinuierlich ab und rekonstruiert dann die Signalwellenform basierend auf den Abtastpunkten.
Bei der äquivalenten Zeitabtastung (äquivalente Zeitabtastung) wird die periodische Wellenform in verschiedenen Zyklen abgetastet und dann werden die Abtastpunkte zusammengefügt, um die Wellenform zu rekonstruieren (https://www.dgzj.com/ Electrician's Home). Um genügend Abtastpunkte zu erhalten, sind mehrere Trigger erforderlich. Die äquivalente Zeitabtastung umfasst auch sequentielle Abtastung und zufällige wiederholte Abtastung. Die Verwendung des äquivalenten Zeitabtastungsmodus muss zwei Voraussetzungen erfüllen: 1. Die Wellenform muss wiederholt werden; 2. Sie muss stabil ausgelöst werden können.
Die Bandbreite des Oszilloskops im Echtzeit-Abtastmodus hängt von der maximalen Abtastrate des A/D-Wandlers und dem verwendeten Interpolationsalgorithmus ab. Das heißt, die Echtzeitbandbreite des Oszilloskops hängt mit dem vom DSO verwendeten A/D- und Interpolationsalgorithmus zusammen.
Hier noch ein weiterer Hinweis auf das Konzept der Echtzeitbandbreite. Die Echtzeitbandbreite wird auch als effektive Speicherbandbreite bezeichnet und ist die Bandbreite eines digitalen Speicheroszilloskops, das die Echtzeit-Abtastmethode verwendet. So viele Bandbreitenkonzepte haben Sie vielleicht verrückt gemacht, hier eine Zusammenfassung: Die DSO-Bandbreite ist in analoge Bandbreite und Speicherbandbreite unterteilt. Normalerweise sagen wir oft, dass sich die Bandbreite auf die analoge Bandbreite des Oszilloskops bezieht, d. h. die Bandbreite des Oszilloskoppanels wird im Allgemeinen als solche bezeichnet. Die Speicherbandbreite ist die theoretische digitale Bandbreite, die nach dem Nyquist-Theorem berechnet wird und nur ein theoretischer Wert ist.
