Digitaalisten elektronisten oskilloskooppipiirien sovellus- ja suunnitteluratkaisut
Elektroniset oskilloskoopit ovat laitteita, joita insinöörit käyttävät laajalti laboratorioissa, tehtaissa ja paikan päällä. Itse asiassa elektroniset oskilloskoopit ovat myös sähköisistä testaus- ja mittauslaitteista eniten myytäviä tuotteita. 1930-luvun lopusta 1940-luvun alkuun televisiolähetysten ja tutka-alueen nopeasti kehittyvien markkinoiden johdosta analoginen elektroninen oskilloskooppi valmistui periaatteessa ja jaettiin neljään osaan: pystyvahvistukseen, vaakasuoraan pyyhkäisyyn, liipaisun synkronointiin ja oskilloskooppiputkien (CRT) näyttöön. . . Analogisten elektronisten oskilloskooppien reaaliaikainen kaistanleveys saavutti 1000 MHz:n huippunsa 1970-luvulla. Digitaalisen tekniikan ja integroitujen piirien syntyessä analogiset elektroniset oskilloskoopit, joita hallitsivat tyhjiöputket ja laajakaistavahvistinpiirit, korvattiin vähitellen digitaalisilla elektronisilla oskilloskoopilla 1980-luvulta alkaen. Tietotekniikan ja digitaalisen viestinnän markkinoiden räjähdysmäisen kehityksen myötä digitaalisten elektronisten oskilloskooppien reaaliaikainen kaistanleveys ylitti 1 GHz:n 1990-luvulla. 2000-luvun 2010-luvulla digitaaliset elektroniset oskilloskoopit ovat myös ottaneet harppauksen eteenpäin, kun reaaliaikainen kaistanleveys on yli 10 GHz ja vastaava näytekaistanleveys 100 GHz.
Digitaalisen elektronisen oskilloskoopin piirirakenne on yksinkertaisempi kuin analogisen elektronisen oskilloskoopin. Se koostuu pääasiassa neljästä osasta: analogia/digitaalimuunnin (ADC), aaltomuodon tallennus/prosessori, digitaali/analogimuunnin (DAC) ja nestekide (LCD) aaltomuotonäyttö. Analogisilla elektronisilla oskilloskoopeilla on oltava laajakaistavaste signaalitulon etupäästä aaltomuodon näytön takapäähän. Digitaaliset elektroniset oskilloskoopit tarvitsevat kuitenkin vain etupään analogia/digitaalimuuntimen, jotta niillä on sama laajakaistavaste kuin tulosignaalilla, minkä jälkeen eri piirien taajuusvastetta pienennetään vastaavasti. Näytteenottoperiaatteen mukaan optimaalisissa olosuhteissa näytteenottotaajuus on 2 kertaa analogisen tulosignaalin suurin taajuus. Kun ADC-lähdön digitaalinen informaatio on suodatettu ja käsitelty DAC:lla, tulosignaalin aaltomuoto voidaan toistaa. On selvää, että DAC-kellotaajuus voi olla paljon pienempi kuin ADC-näytteenottotaajuus. Lisäksi signaalin suodatuksen ja käsittelyn aiheuttamien aliasointisignaalien vähentämiseksi digitaalisen elektronisen oskilloskoopin ADC:n käyttämä todellinen näytteenottotaajuus on 4 kertaa eikä 2 kertaa analogisen tulosignaalin suurin taajuus.
Tällä hetkellä korkein ADC-näytteenottotaajuus on 20 GHz ja resoluutio on 8 bittiä. Jos käytetään kahta ADC:tä, joiden näytteenottotaajuus on 20 GHz ja jotka asetetaan päällekkäin aika-akselilla, saadaan vastaava ADC-toiminto, jonka resoluutio on 8 bittiä ja näytteenottotaajuus 40 GHz. Toisin sanoen ADC:llä, jonka näytteenottotaajuus on 20 GHz, voidaan saavuttaa 10 GHz:n toteutuskaistanleveys, mutta resoluutio on vain 8 bittiä. Jos ADC:n näytteenottotaajuutta annetaan pienentää, ei ole vaikeaa lisätä ADC:n resoluutiota. Esimerkiksi ADC, jonka näytteenottotaajuus on 1 MHz, voi saavuttaa 28-bitin resoluution. Digitaaliset elektroniset oskilloskoopit, joiden reaaliaikainen kaistanleveys on yli 100 MHz, käyttävät täysin 8-bittiresoluutiota. Tarkkuuden parantamiseksi useista näytteistä voidaan laskea keskiarvo, mutta myös mittausaika pitenee vastaavasti. Digitaaliset elektroniset oskilloskoopit, joiden reaaliaikainen kaistanleveys on alle 100 MHz, voivat tarjota tuotteita, joiden resoluutio on vähintään 8-bittiä, 10-bittiä ja 16-bittiä tai enemmän.
