Краткое обсуждение различий между аналоговыми и цифровыми осциллографами.
Для увеличения полосы пропускания аналоговых осциллографов необходимо полностью продвигать осциллографические трубки, вертикальное усиление и горизонтальное сканирование. Чтобы улучшить полосу пропускания цифрового осциллографа, достаточно повысить производительность входного аналого-цифрового преобразователя, при этом особых требований к трубке осциллографа и схеме сканирования не предъявляется. Кроме того, цифровые осциллографы могут полностью использовать память, хранилище и обработку, а также возможности многократного и расширенного запуска. В 1980-е годы внезапно появились цифровые осциллографы, с помощью которых были достигнуты многочисленные результаты. Они потенциально могут полностью заменить аналоговые осциллографы. Аналоговые осциллографы действительно отошли с переднего стола на второй план.
Однако некоторые функции аналоговых осциллографов недоступны цифровым осциллографам: простота управления — все операции выполняются на панели, а отклик сигнала своевременный. Цифровые осциллографы часто требуют более длительного времени обработки. Высокое вертикальное разрешение – непрерывное и бесконечное. Разрешение цифровых осциллографов обычно составляет всего 8–10 бит. Данные обновляются быстро — в секунду фиксируются сотни тысяч сигналов, а цифровые осциллографы фиксируют десятки сигналов в секунду. Полоса пропускания в реальном времени и отображение в реальном времени — полоса пропускания непрерывных сигналов такая же, как и полоса пропускания одиночных сигналов. Полоса пропускания цифровых осциллографов тесно связана с частотой дискретизации. Когда частота дискретизации невелика, требуется интерполяционный расчет, что может легко привести к путанице в форме сигнала.
Короче говоря, аналоговые осциллографы предоставляют инженерам формы сигналов, которые они могут видеть и которым они могут верить, что позволяет им уверенно проводить испытания в пределах заданной полосы пропускания. Среди черт лица человека глазное зрение является очень чувствительным. Форма волны на экране мгновенно отражается в мозгу для принятия решения, и можно воспринимать даже незначительные изменения. Поэтому аналоговые осциллографы пользуются большой популярностью среди пользователей.
Цифровые осциллографы сначала увеличивают частоту дискретизации от начальной частоты дискретизации, равной удвоенной полосе пропускания, до пяти или даже десяти раз, а также уменьшают искажения, вносимые при дискретизации синусоидального сигнала, со 100% до 3% или даже 1%. Частота дискретизации полосы пропускания 1 ГГц составляет 5 ГГц или даже 10 ГГц. Во-вторых, увеличить скорость обновления цифровых осциллографов до уровня аналоговых осциллографов, до 400000 сигналов в секунду, что будет гораздо удобнее для наблюдения случайных сигналов и улавливания импульсных помех.
В-третьих, для ускорения обработки сигналов используются мультипроцессоры, а громоздкая настройка параметров измерения из нескольких меню улучшена до простой регулировки с помощью ручки или даже полностью автоматического измерения, и ее можно использовать так же удобно, как аналоговый осциллограф. Наконец, цифровой осциллограф, как и аналоговый осциллограф, имеет режим отображения экрана в режиме послесвечения, который придает форме сигнала трехмерное состояние, то есть отображает амплитуду, время и распределение амплитуды во времени сигнала. Цифровые осциллографы с этой функцией называются цифровыми люминофорными осциллографами или цифровыми осциллографами послесвечения.
Аналоговые осциллографы используют электронно-лучевые осциллографы для отображения сигналов. Полоса пропускания осциллографа такая же, как и у аналогового осциллографа, то есть скорость движения электронов в осциллографе пропорциональна частоте сигнала. Чем выше частота сигнала, тем выше скорость электронов. Яркость экрана осциллографа обратно пропорциональна скорости электронного луча. Низкочастотный сигнал имеет большую высоту, а высокочастотный сигнал имеет низкую высоту. Легко получить трехмерную информацию о сигнале, используя яркость или оттенки серого флуоресцентного экрана. Если вертикальная ось экрана используется для представления амплитуды, а горизонтальная ось — времени, то яркость экрана может отражать изменение распределения амплитуды сигнала с течением времени. Этот зависящий от времени эффект послесвечения флуоресценции (масштабирование в оттенках серого) полезен для наблюдения смешанных и спорадических форм сигналов. Аналоговый запоминающий осциллограф является типичным представителем специализированных осциллографов такого типа. Наивысшая производительность достигает полосы пропускания 800 МГц и позволяет записывать быстрые переходные процессы длительностью около 1 нс.
В цифровом осциллографе отсутствует функция отображения послесвечения, поскольку он представляет собой цифровую обработку и имеет только два состояния: высокое или низкое. В принципе, осциллограмма также отображает «да» и «нет». Чтобы добиться многоуровневого изменения яркости, как в аналоговом осциллографе, необходимо использовать специальный чип обработки изображений. Например, TEK использует процессорный чип DPX, который выполняет множество функций, таких как сбор данных, обработка и хранение изображений. Чип DPX состоит из 1,3 миллиона транзисторов. Он использует технологию CMOS 0.65um, параллельную структуру конвейера и частоту дискретизации 2 Гвыб./с.
Это одновременно чип сбора данных и растровый сканер, имитирующий характеристики люминесценции люминофора экрана осциллографа, использующий 16 уровней яркости для сохранения формы сигнала на монохромном или цветном ЖК-дисплее размером 500*200 пикселей каждые 0,33 секунды. Обновите один раз. Поскольку аналоговые запоминающие осциллографы могут использовать только фотопленки для записи сигналов, они не очень удобны для хранения данных. Например, красный цвет обозначает сигнал с наибольшей вероятностью появления, а синий — сигнал с наименьшей вероятностью появления, поэтому он понятен с первого взгляда. Поскольку цифровые осциллографы достигли уровня полосы пропускания 1 ГГц и в сочетании с характеристиками флуоресцентного дисплея, их общая производительность лучше, чем у аналоговых запоминающих осциллографов.
