Welche Abtastrate wird benötigt, um verschiedene Signaltypen mit einem Oszilloskop zu messen?
Wir geben über die Sonde ein Signal in das Oszilloskop ein. Nachdem das gemessene Signal die Verstärkungs-, Dämpfungs- und anderen Signalaufbereitungsschaltungen am vorderen Ende des Oszilloskops durchlaufen hat, führt der Hochgeschwindigkeits-ADC-Analog-Digital-Wandler eine Signalabtastung und eine digitale Quantisierung durch. Die Abtastrate des Oszilloskops ist die Analog-Digital-Umwandlung des Eingangssignals. Die Frequenz des Abtasttakts während der Umwandlung ist, für Laien ausgedrückt, das Abtastintervall. Bei jedem Abtastintervall wird ein Abtastpunkt erfasst. Eine Abtastrate von 1 GSa/s bedeutet beispielsweise, dass das Oszilloskop 1 Milliarde Abtastpunkte pro Sekunde erfassen kann. Zu diesem Zeitpunkt beträgt sein Abtastintervall 1 Nanosekunde.
Bei Echtzeitoszilloskopen wird derzeit häufig die Echtzeitabtastmethode verwendet. Bei der sogenannten Echtzeitabtastung wird das gemessene Wellenformsignal in gleichmäßigen Abständen kontinuierlich mit hoher Geschwindigkeit abgetastet und die Wellenform dann basierend auf diesen kontinuierlich abgetasteten Abtastpunkten rekonstruiert oder wiederhergestellt. Beim Echtzeitabtastvorgang ist es sehr wichtig sicherzustellen, dass die Abtastrate des Oszilloskops viel schneller ist als die Änderung des gemessenen Signals.
Wie viel schneller ist es also? Das Nyquist-Gesetz in der digitalen Signalverarbeitung besagt, dass bei begrenzter Bandbreite des gemessenen Signals beim Abtasten und Quantisieren des Signals die im Signal enthaltenen Informationen vollständig und ohne Aliasing rekonstruiert oder wiederhergestellt werden können, wenn die Abtastrate mehr als das Doppelte der Bandbreite des gemessenen Signals beträgt.
Als nächstes verkleinern wir den Zeitton, damit die Abtastrate größer wird. Wir passen die Abtastrate an, bis sie das 2- und 10-fache der Signalfrequenz beträgt, um die Signaländerungen zu beobachten, also 2 MSa/s und 10 MSa/s. Das Signal links in der Abbildung unten hat eine Abtastrate von 2 MSa/s. Sie können sehen, dass sich die Frequenz des Signals wieder auf 1 MHz geändert hat, was der korrekte Frequenzwert des Signals ist. Aber die ursprüngliche Sinuswelle ist zu einer Dreieckwelle geworden und die Wellenform ist verzerrt. Wenn sich die Abtastrate auf 10 MSa/s ändert, was das Signal auf der rechten Seite der Abbildung unten ist, können Sie sehen, dass sich das Signal immer mehr einer Sinuswelle annähert, aber es ist immer noch nicht sehr schön.
