ออสซิลโลสโคปการสุ่มตัวอย่าง

ก่อนที่จะพูดถึงเครื่องออสซิลโลสโคปแบบสุ่มตัวอย่าง เราต้องรู้หลักการพื้นฐานและวิธีการทำงานของเครื่องออสซิลโลสโคปธรรมดา เครื่องออสซิลโลสโคปเป็นอุปกรณ์ที่รับสัญญาณไฟฟ้าหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งสัญญาณแล้วแสดงรูปคลื่นบนหน้าจอพร้อมกัน เครื่องออสซิลโลสโคปแบบสุ่มตัวอย่างเป็นเวอร์ชันที่พัฒนาขึ้นจากเครื่องออสซิลโลสโคปดิจิตอลที่มีคุณสมบัติเพิ่มเติมและใช้งานสำหรับวัตถุประสงค์พิเศษ

เครื่องออสซิลโลสโคปแบบสุ่มตัวอย่างถูกออกแบบมาเพื่อให้มีฟังก์ชันความถี่สูงโดยการสุ่มตัวอย่างคลื่นหลาย ๆ คลื่นตามลำดับ อุปกรณ์นี้ใช้ทฤษฎีการสุ่มตัวอย่างในการสร้างรูปคลื่นจากสัญญาณอินพุตหลายสัญญาณ โดยใช้แสงแฟลช ส่วนเล็ก ๆ ของการเคลื่อนไหวสามารถเห็นได้ แต่เมื่อมีภาพหลายภาพถูกถ่าย ความเคลื่อนไหวทางกลไกที่รวดเร็วสามารถเห็นได้ เครื่องออสซิลโลสโคปแบบสุ่มตัวอย่างทำงานคล้ายกับเทคนิคสโตรโบสโคปและใช้เพื่อดูสัญญาณไฟฟ้าที่รวดเร็ว ประมาณ 1000 จุดจำเป็นต้องสร้างรูปคลื่น

การทำงานของเครื่องออสซิลโลสโคปแบบสุ่มตัวอย่าง

เช่นเดียวกับชื่อที่บอกไว้ มันรวบรวมตัวอย่างจากคลื่นหลายคลื่นตามลำดับและสร้างภาพรวมของรูปคลื่นจากข้อมูลที่รวบรวม รูปคลื่นที่ได้จะถูกขยายโดยฟิลเตอร์พาสแบนด์ต่ำแล้วแสดงบนหน้าจอ รูปคลื่นนี้ถูกสร้างขึ้นจากการเชื่อมโยงจุดหลายจุดเข้าด้วยกันเพื่อสร้างรูปร่างทั้งหมด

แต่ละจุดของคลื่นคือการเบี่ยงเบนแนวตั้งของจุดในชั้นที่ก้าวหน้าในแต่ละวงจรของคลื่นแบบบันได ใช้เพื่อตรวจสอบสัญญาณความถี่สูงถึง 50 GHz หรือมากกว่านั้น ความถี่ของรูปคลื่นที่แสดงสูงกว่าอัตราการสุ่มตัวอย่างของเครื่อง เป็นประมาณ 10 จุดต่อแผนภูมิหรือมากกว่านั้นพร้อมกับแบนด์วิดธ์ของแอมปลิฟายเออร์ประมาณ 15 GHz ที่ขั้นตอนการสุ่มตัวอย่าง สัญญาณมีความถี่ต่ำและเพื่อให้ได้แบนด์วิดธ์ที่ใหญ่ขึ้น จะรวมกับแอตเทนเนเตอร์

แม้ว่าจะลดช่วงพลวัตของอุปกรณ์ลง เครื่องออสซิลโลสโคปแบบสุ่มตัวอย่าง จำกัดเฉพาะสัญญาณที่ซ้ำและไม่ตอบสนองต่อเหตุการณ์ชั่วขณะ แสดงความถี่สูงภายในขอบเขตที่กำหนดเท่านั้น

วิธีการสุ่มตัวอย่าง

ก่อนที่จะเริ่มวงจรการสุ่มตัวอย่างแต่ละครั้ง ชีพจรทริกเกอร์จะกระตุ้นโอสซิลเลเตอร์และสร้างแรงดันไฟฟ้าแบบเชิงเส้น เมื่อขนาดของแรงดันไฟฟ้าสองแรงดันเท่ากัน บันไดจะเคลื่อนไปขั้นหนึ่งและส่งชีพจรการสุ่มตัวอย่างซึ่งเปิดประตูการสุ่มตัวอย่างสำหรับตัวอย่างแรงดันไฟฟ้าอินพุต ความละเอียดของรูปคลื่นขึ้นอยู่กับขนาดของขั้นบันไดของเครื่องกำเนิดบันได มีวิธีการสุ่มตัวอย่างหลายวิธี แต่มีสองวิธีที่ใช้บ่อย หนึ่งคือการสุ่มตัวอย่างแบบเรียลไทม์ และอีกวิธีคือการสุ่มตัวอย่างแบบเทียบเท่า

วิธีการสุ่มตัวอย่างแบบเรียลไทม์

ในวิธีการเรียลไทม์ ดิจิทไรเซอร์ทำงานด้วยความเร็วสูงเพื่อจดจับจุดสูงสุดในหนึ่งรอบ วัตถุประสงค์หลักคือการจับเหตุการณ์ชั่วขณะที่มีความถี่สูงด้วยความแม่นยำ รูปคลื่นชั่วขณะมีความโดดเด่นมากจนทำให้ระดับแรงดันหรือกระแสไฟฟ้าที่เวลาใดเวลาหนึ่งไม่สามารถเชื่อมโยงกับจุดใกล้เคียงได้ เหตุการณ์เหล่านี้ไม่ซ้ำตัวเอง ดังนั้นต้องจดจับในกรอบเวลาเดียวกับที่เกิดขึ้น ความถี่ของการสุ่มตัวอย่างสูงประมาณ 500 MHz และอัตราการสุ่มตัวอย่างประมาณ 100 ตัวอย่างต่อวินาที เพื่อจัดเก็บรูปคลื่นความถี่สูงจำเป็นต้องใช้หน่วยความจำความเร็วสูง

วิธีการสุ่มตัวอย่างแบบเทียบเท่า

การสุ่มตัวอย่างแบบเทียบเท่าทำงานบนหลักการของคำทำนายและการประมาณค่า ซึ่งเป็นไปได้เฉพาะกับคลื่นที่ซ้ำ ในวิธีการเทียบเท่า ดิจิทไรเซอร์จะได้รับตัวอย่างจากสัญญาณที่ซ้ำหลายครั้ง อาจได้ตัวอย่างหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งตัวอย่างจากแต่ละครั้ง ด้วยการทำเช่นนี้ ความแม่นยำในการจับสัญญาณเพิ่มขึ้น ความถี่ของรูปคลื่นที่ได้สูงกว่าอัตราการสุ่มตัวอย่างของเครื่อง การสุ่มตัวอย่างประเภทนี้สามารถทำได้โดยสองวิธี คือวิธีการสุ่มและวิธีการลำดับ

วิธีการสุ่มตัวอย่างแบบสุ่ม

วิธีการสุ่มตัวอย่างแบบสุ่มเป็นวิธีการสุ่มตัวอย่างที่ใช้บ่อยที่สุด มันใช้นาฬิกาภายในที่ปรับให้ทำงานตามสัญญาณอินพุตและตัวอย่างที่ถูกสุ่มตัวอย่างจะถูกเก็บต่อเนื่องไม่ว่าจะถูกทริกเกอร์ที่ไหน ตัวอย่างที่ถูกสะสมมีความปกติตามเวลาแต่สุ่มตามทริกเกอร์

วิธีการสุ่มตัวอย่างแบบลำดับ

ในเทคนิคนี้ ตัวอย่างถูกสุ่มตัวอย่างตามทริกเกอร์และไม่ขึ้นอยู่กับการตั้งค่าเวลา ทุกครั้งที่ตรวจพบทริกเกอร์ ตัวอย่างจะถูกบันทึกด้วยความล่าช้าเล็กน้อย ต้องแน่ใจว่าความล่าช้านั้นสั้นแต่ถูกกำหนดไว้ชัดเจน พอทริกเกอร์ถัดไปเกิดขึ้น มันจะถูกบันทึกด้วยความล่าช้าเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเมื่อเทียบกับครั้งก่อน ความล่าช้าสามารถมีช่วงตั้งแต่ไมโครวินาทีไปถึงวินาที สมมติว่าความล่าช้าครั้งแรกคือ 't' ความล่าช้าครั้งที่สองจะมากกว่า 't' นิดหน่อย และตัวอย่างจะถูกสุ่มตัวอย่างหลายครั้งด้วยความล่าช้าเพิ่มขึ้นจนกระทั่งกรอบเวลาถูกเติมเต็ม

คำแถลง: ให้ความเคารพต่องานต้นฉบับ บทความที่ดีควรแชร์ หากมีการละเมิดลิขสิทธิ์โปรดติดต่อเพื่อลบ