Digitālā elektroniskā osciloskopa shēmas pielietojums un dizaina risinājumi
Elektroniskie osciloskopi ir instrumenti, ko inženieri plaši izmanto laboratorijās, rūpnīcās un uz vietas. Faktiski elektroniskie osciloskopi ir arī produkti ar lielāko pārdošanas apjomu un lielāko pārdošanas apjomu starp elektroniskajiem pārbaudes un mērīšanas instrumentiem. No 1930. gadu beigām līdz 1940. gadu sākumam, ko noteica strauji attīstošie televīzijas apraides un radaru diapazona tirgi, analogais elektroniskais osciloskops pamatā tika pabeigts un sadalīts četrās daļās: vertikālā pastiprināšana, horizontālā skenēšana, sprūda sinhronizācija un osciloskopa caurules (CRT) displejs. . . Analogo elektronisko osciloskopu reāllaika joslas platums sasniedza maksimumu 1000 MHz 1970. gados. Līdz ar digitālo tehnoloģiju un integrēto shēmu parādīšanos analogie elektroniskie osciloskopi, kuros dominēja vakuuma lampas un platjoslas pastiprinātāju shēmas, pakāpeniski tika aizstāti ar digitālajiem elektroniskajiem osciloskopiem, sākot no 1980. gadiem. Eksplozīvi attīstoties informācijas tehnoloģijām un digitālo sakaru tirgiem, 90. gados digitālo elektronisko osciloskopu reāllaika joslas platums pārsniedza 1 GHz. 21. gadsimta 2010. gados arī digitālie elektroniskie osciloskopi ir veikuši lēcienu uz priekšu, reāllaika joslas platumam pārsniedzot 10 GHz un līdzvērtīgajam iztveršanas joslas platumam sasniedzot 100 GHz.
Digitālā elektroniskā osciloskopa shēmas struktūra ir vienkāršāka nekā analogā elektroniskā osciloskopa shēma. Tas galvenokārt sastāv no četrām daļām: analogā/digitālā pārveidotāja (ADC), viļņu formas uzglabāšanas/procesora, digitālā/analogā pārveidotāja (DAC) un šķidro kristālu (LCD) viļņu formas displeja. Analogajiem elektroniskajiem osciloskopiem ir jābūt platjoslas reakcijai no signāla ievades priekšpuses līdz viļņu formas displeja aizmugurējai daļai. Tomēr digitālajiem elektroniskajiem osciloskopiem ir nepieciešams tikai priekšējais analogais/digitālais pārveidotājs, lai tam būtu tāda pati platjoslas reakcija kā ieejas signālam, un pēc tam tiek attiecīgi samazināta dažādu ķēžu frekvences reakcija. Atbilstoši diskretizācijas principam optimālos apstākļos paraugu ņemšanas frekvence ir 2 reizes lielāka par ieejas analogā signāla augstāko frekvenci. Pēc tam, kad ADC izejas digitālā informācija ir filtrēta un apstrādāta ar DAC, ieejas signāla viļņu formu var reproducēt. Acīmredzot DAC pulksteņa frekvence var būt daudz zemāka par ADC iztveršanas frekvenci. Turklāt, lai samazinātu signālu filtrēšanas un apstrādes radītos aliasing signālus, faktiskā paraugu ņemšanas frekvence, ko izmanto digitālā elektroniskā osciloskopa ADC, ir 4 reizes, nevis 2 reizes lielāka par analogā ievades signāla augstāko frekvenci.
Šobrīd augstākā līmeņa ADC iztveršanas frekvence sasniedz 20 GHz un izšķirtspēja ir 8 biti. Ja tiek izmantoti divi ADC ar iztveršanas frekvenci 20 GHz un uzlikti uz laika ass, tiks iegūta līdzvērtīga ADC funkcija ar 8 bitu izšķirtspēju un 40 GHz iztveršanas frekvenci. Citiem vārdiem sakot, ar ADC ar iztveršanas frekvenci 20 GHz var sasniegt ieviešanas joslas platumu 10 GHz, bet izšķirtspēja ir tikai 8 biti. Ja ir atļauts samazināt ADC iztveršanas ātrumu, nav grūti palielināt ADC izšķirtspēju. Piemēram, ADC ar 1MHz iztveršanas frekvenci var sasniegt 28-bitu izšķirtspēju. Digitālie elektroniskie osciloskopi ar reāllaika joslas platumu, kas pārsniedz 100 MHz, pilnībā pieņem 8-bitu izšķirtspēju. Lai uzlabotu izšķirtspēju, var aprēķināt vairākus paraugus, taču attiecīgi palielinās arī mērījumu laiks. Digitālie elektroniskie osciloskopi ar reāllaika joslas platumu, kas mazāks par 100 MHz, var nodrošināt produktus ar 8-bitu, 10-bitu un 16-bitu vai lielāku izšķirtspēju.
