Применение и конструктивные решения в схемах цифрового электронного осциллографа
Электронные осциллографы — это инструменты, широко используемые инженерами в лабораториях, на заводах и на местах. Фактически, электронные осциллографы также являются продуктами с наибольшим объемом продаж и самым высоким объемом продаж среди электронных контрольно-измерительных приборов. С конца 1930-х до начала 1940-х годов, благодаря быстро развивающимся рынкам телевещания и радиолокации, аналоговый электронный осциллограф был в основном доработан и разделен на четыре части: вертикальное усиление, горизонтальное сканирование, синхронизация триггера и отображение осциллографической трубки (ЭЛТ). . . Полоса пропускания аналоговых электронных осциллографов в режиме реального времени достигла пика в 1000 МГц в 1970-х годах. С появлением цифровых технологий и интегральных схем аналоговые электронные осциллографы, в которых преобладали электронные лампы и схемы широкополосных усилителей, начиная с 1980-х годов постепенно были заменены цифровыми электронными осциллографами. В условиях бурного развития рынков информационных технологий и цифровой связи в 1990-х годах полоса пропускания цифровых электронных осциллографов в режиме реального времени превысила 1 ГГц. В 2010-х годах XXI века цифровые электронные осциллографы также сделали шаг вперед: полоса пропускания реального времени превысила 10 ГГц, а эквивалентная полоса выборки достигла 100 ГГц.
Схема цифрового электронного осциллографа проще, чем у аналогового электронного осциллографа. В основном он состоит из четырех частей: аналогово-цифрового преобразователя (АЦП), хранилища/процессора сигналов, цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и жидкокристаллического (ЖК-дисплея) дисплея сигналов. Аналоговые электронные осциллографы должны иметь широкополосный отклик от входного сигнала до внутреннего устройства отображения сигналов. Однако цифровым электронным осциллографам достаточно, чтобы входной аналого-цифровой преобразователь имел тот же широкополосный отклик, что и входной сигнал, и тогда частотная характеристика различных схем соответственно снижается. Согласно принципу дискретизации, в оптимальных условиях частота дискретизации равна 2-кратной максимальной частоте входного аналогового сигнала. После того как цифровая информация на выходе АЦП фильтруется и обрабатывается ЦАП, можно воспроизвести форму входного сигнала. Очевидно, что тактовая частота ЦАП может быть значительно ниже частоты дискретизации АЦП. Кроме того, чтобы уменьшить наложение сигналов, вызванное фильтрацией и обработкой сигналов, фактическая частота дискретизации, используемая АЦП цифрового электронного осциллографа, в 4 раза, а не в 2 раза превышает максимальную частоту аналогового входного сигнала.
В настоящее время частота дискретизации АЦП самого высокого уровня достигает 20 ГГц, а разрешение составляет 8 бит. Если использовать два АЦП с частотой дискретизации 20 ГГц и наложить их на ось времени, будет получена эквивалентная функция АЦП с разрешением 8 бит и частотой дискретизации 40 ГГц. Другими словами, с АЦП с частотой дискретизации 20 ГГц можно достичь полосы реализации 10 ГГц, но разрешение всего 8 бит. Если частоту дискретизации АЦП можно уменьшить, нетрудно увеличить разрешающую способность АЦП. Например, АЦП с частотой дискретизации 1 МГц может обеспечить разрешение 28-бит. Цифровые электронные осциллографы с полосой пропускания реального времени более 100 МГц полностью поддерживают 8-битовое разрешение. Чтобы улучшить разрешение, можно усреднить несколько выборок, но время измерения также соответственно увеличивается. Цифровые электронные осциллографы с полосой пропускания реального времени менее 100 МГц могут обеспечивать продукты с разрешением 8-бит, 10-бит и 16-бит или более.
