Abtastoszilloskop

Bevor wir Sampling-Oszilloskop besprechen, müssen wir das grundlegende Prinzip und die Funktionsweise eines normalen Oszilloskops kennen. Es ist ein Instrument, das ein oder mehrere elektrische Signale empfängt und dann gleichzeitig die Wellenform auf dem Bildschirm anzeigt. Das Sampling-Oszilloskop ist eine fortschrittlichere Version des digitalen Oszilloskops mit zusätzlichen Funktionen und Anwendungen für spezielle Zwecke.

Es ist so konzipiert, dass es durch sukzessive Abtastung mehrerer Wellenformen eine sehr hohe Frequenzfunktion bietet. Ein solches Oszilloskop verwendet den Abtastungssatz, um die Wellenform aus mehreren Eingangssignalen zu erzeugen. Durch die Verwendung eines Stroboskops kann ein Bruchteil der Bewegung gesehen werden, aber wenn eine Reihe von Bildern aufgenommen wird, wird eine sehr schnelle mechanische Bewegung beobachtet. Das Sampling-Oszilloskop funktioniert ähnlich wie die Stroboskop-Technik und wird verwendet, um sehr schnelle elektrische Signale zu beobachten. Etwa 1000 Punkte sind erforderlich, um eine Wellenform zu erstellen.

Funktionsweise des Sampling-Oszilloskops

Wie der Name schon sagt, sammelt es Proben von mehreren aufeinanderfolgenden Wellenformen und erstellt ein vollständiges Bild der Wellenform aus den gesammelten Daten. Die resultierende Wellenform wird mit einem Tiefpassfilter verstärkt und dann auf dem Bildschirm angezeigt. Diese Wellenform wird durch das Verbinden vieler miteinander verbundener Punkte zur Erstellung der gesamten Form erstellt.

Jeder Punkt der Welle ist die vertikale Ablenkung des Punktes der fortschreitenden Schicht in jedem aufeinanderfolgenden Zyklus einer Treppenstufen-Wellenform. Sie werden verwendet, um Hochfrequenzsignale bis zu 50 GHz oder mehr zu überwachen. Die Frequenz der angezeigten Wellenform ist höher als die Abtastrate des Geräts. Es beträgt etwa 10 Stück pro Division oder mehr, zusammen mit einer großen Bandbreite des Verstärkers von etwa 15 GHz. Im Abtaststadium haben die Signale eine niedrige Frequenz und um eine große Bandbreite zu erreichen, wird es mit einem Dämpfer kombiniert.

Obwohl dies den dynamischen Bereich des Instruments verringert. Das Sampling-Oszilloskop ist auf wiederholte Signale beschränkt und reagiert nicht auf transiente Ereignisse. Sie zeigen nur Hochfrequenzen innerhalb des Grenzbereichs an.

Abtastmethode

Vor jedem Abtastzyklus aktiviert der Triggerimpuls einen Oszillator und es wird eine lineare Spannung erzeugt. Wenn die Amplitude der beiden Spannungen gleich ist, bewegt sich die Treppe einen Schritt weiter und ein Abtastimpuls wird erzeugt, der das Abtasttor für eine Probe der Eingangsspannung öffnet. Die Auflösung der Wellenform hängt von der Größe der Schritte des Treppengenerators ab. Es gibt verschiedene Arten der Probenahme, aber zwei werden am häufigsten verwendet. Eine ist die Echtzeit-Probenahme und die andere ist die äquivalente Probenahmemethode.

Echtzeit-Probenahmemethode

Bei der Echtzeitmethode arbeitet der Digitalisierer mit hoher Geschwindigkeit, sodass er in einem Durchlauf die maximalen Punkte registrieren kann. Sein Hauptzweck besteht darin, hochfrequente transiente Ereignisse präzise zu erfassen. Die transiente Wellenform ist so einzigartig, dass ihr Spannungs- oder Strompegel zu jedem Zeitpunkt nicht mit den nächsten in Verbindung gebracht werden kann. Diese Ereignisse wiederholen sich nicht, daher müssen sie im gleichen Zeitrahmen registriert werden, in dem sie auftreten. Die Frequenz der Proben ist sehr hoch, etwa 500 MHz, und die Abtastrate beträgt etwa 100 Proben pro Sekunde. Um eine solche Hochfrequenz-Wellenform zu speichern, ist ein Hochgeschwindigkeits-Speicher erforderlich.

Äquivalente Probenahmemethode

Die Probenahme nach der äquivalenten Methode basiert auf dem Prinzip der Prophezeiung und Schätzung, was nur bei wiederholten Wellenformen möglich ist. Bei der äquivalenten Methode erhält der Digitalisierer Proben von vielen Wiederholungen der Signale. Es können eine oder mehrere Proben von jeder Wiederholung genommen werden. Dadurch wird die Genauigkeit beim Erfassen des Signals erhöht. Die Frequenz der resultierenden Wellenform ist viel höher als die Abtastrate des Geräts. Diese Art der Probenahme kann auf zwei Arten durchgeführt werden: Zufalls-Methode und sequentielle Methode.

Zufalls-Methode der Probenahme

Die Zufalls-Methode der Probenahme ist die am häufigste verwendete Methode der Probenahme. Sie verwendet eine interne Uhr, die so eingestellt ist, dass sie in Bezug auf die Eingangssignale läuft und die Signal-Trigger-Proben kontinuierlich entnommen werden, unabhängig davon, wo sie ausgelöst wurden. Die gesammelten Proben sind zeitlich regelmäßig, aber zufällig in Bezug auf den Trigger.

Sequentielle Methode der Probenahme

Bei dieser Technik werden Proben in Bezug auf den Trigger entnommen und unabhängig von der Zeit-Einstellung. Sobald der Trigger erkannt wird, wird die Probe mit einer kurzen Verzögerung aufgezeichnet. Stellen Sie sicher, dass die Verzögerung sehr kurz, aber gut definiert ist. Wenn der nächste Trigger auftritt, wird er mit einer kleinen inkrementellen Zeitverzögerung im Vergleich zum vorherigen registriert. Die verzögerte Sweep kann von wenigen Mikrosekunden bis hin zu wenigen Sekunden reichen. Nehmen wir an, die Verzögerung für die erste Zeit ist 't', dann wird die Verzögerung für die zweite Zeit etwas länger als 't' sein, und auf diese Weise werden viele Proben mit hinzugefügter Verzögerung entnommen, bis das Zeitfenster gefüllt ist.

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