Toepassing en ontwerpoplossingen voor digitale elektronische oscilloscoopcircuits
Elektronische oscilloscopen zijn instrumenten die veel worden gebruikt door ingenieurs in laboratoria, fabrieken en op locatie. In feite zijn elektronische oscilloscopen ook de producten met het grootste verkoopvolume en het hoogste verkoopvolume onder de elektronische test- en meetinstrumenten. Vanaf het einde van de jaren dertig tot het begin van de jaren veertig werd, gedreven door de zich snel ontwikkelende markten van televisie-uitzendingen en radarbereik, de analoge elektronische oscilloscoop feitelijk voltooid en in vier delen verdeeld: verticale versterking, horizontaal scannen, triggersynchronisatie en oscilloscoopbuis (CRT) weergave. . . De real-time bandbreedte van analoge elektronische oscilloscopen bereikte in de jaren zeventig een piek van 1000 MHz. Met de opkomst van digitale technologie en geïntegreerde schakelingen werden analoge elektronische oscilloscopen, gedomineerd door vacuümbuizen en breedbandversterkercircuits, vanaf de jaren tachtig geleidelijk vervangen door digitale elektronische oscilloscopen. Met de explosieve ontwikkeling van de informatietechnologie en de digitale communicatiemarkten overschreed de real-time bandbreedte van digitale elektronische oscilloscopen in de jaren negentig de 1GHz. In de jaren 2010 van de 21e eeuw hebben digitale elektronische oscilloscopen ook een sprong voorwaarts gemaakt, met een realtime bandbreedte van meer dan 10 GHz en een gelijkwaardige bemonsteringsbandbreedte die 100 GHz bereikt.
De circuitstructuur van een digitale elektronische oscilloscoop is eenvoudiger dan die van een analoge elektronische oscilloscoop. Het bestaat hoofdzakelijk uit vier delen: analoog/digitaal-omzetter (ADC), golfvormopslag/processor, digitaal/analoog-omzetter (DAC) en LCD-golfvormweergave (liquid crystal). Analoge elektronische oscilloscopen moeten een breedbandrespons hebben van de signaalingang aan de voorkant tot aan de achterkant van de golfvormweergave. Digitale elektronische oscilloscopen hebben echter alleen de front-end analoog/digitaal-omzetter nodig om dezelfde breedbandrespons te hebben als het ingangssignaal, en vervolgens wordt de frequentierespons van verschillende circuits dienovereenkomstig verminderd. Volgens het bemonsteringsprincipe is de bemonsteringsfrequentie onder optimale omstandigheden gelijk aan tweemaal de hoogste frequentie van het analoge ingangssignaal. Nadat de digitale ADC-uitvoerinformatie is gefilterd en verwerkt door de DAC, kan de golfvorm van het ingangssignaal worden gereproduceerd. Het is duidelijk dat de DAC-klokfrequentie veel lager kan zijn dan de ADC-bemonsteringsfrequentie. Om aliasingsignalen veroorzaakt door signaalfiltering en -verwerking te verminderen, is de feitelijke bemonsteringsfrequentie die door de ADC van de digitale elektronische oscilloscoop wordt gebruikt bovendien vier keer in plaats van twee keer de hoogste frequentie van het analoge ingangssignaal.
Momenteel bereikt de ADC-bemonsteringsfrequentie op het hoogste niveau 20 GHz en is de resolutie 8 bits. Als twee ADC's met een bemonsteringsfrequentie van 20 GHz worden gebruikt en op de tijdas worden gesuperponeerd, wordt een gelijkwaardige ADC-functie met een resolutie van 8 bits en een bemonsteringsfrequentie van 40 GHz verkregen. Met andere woorden: met een ADC met een bemonsteringsfrequentie van 20 GHz kan een implementatiebandbreedte van 10 GHz worden bereikt, maar de resolutie is slechts 8 bits. Als de bemonsteringsfrequentie van de ADC mag worden verlaagd, is het niet moeilijk om de resolutie van de ADC te verhogen. Een ADC met een bemonsteringsfrequentie van 1 MHz kan bijvoorbeeld een 28-bitresolutie bereiken. Digitale elektronische oscilloscopen met een realtime bandbreedte van meer dan 100 MHz nemen de volledige 8-bit-resolutie over. Om de resolutie te verbeteren kunnen meerdere bemonsteringen worden gemiddeld, maar neemt ook de meettijd overeenkomstig toe. Digitale elektronische oscilloscopen met een realtime bandbreedte van minder dan 100 MHz kunnen producten leveren met resoluties van 8-bit, 10-bit en 16-bit of meer.
