Osiloskop Bant Genişliği, ne demek oluyor?

Bu soru birkaç dakika önce bana geldi. 0 ile 2.5 arasında bir 50Mhz kare dalga olması amaçlananı ölçüyordum, ancak ekranda gördüğüm 1.2V civarında ve 0.5 ila 2.0V seviyesinde bir sinüs dalgasıydı, frekans 4MHz idi.

Osiloskoplar veri sayfamı kontrol ettim ve bant genişliğinin 10MHz olduğunu ve örnekleme oranı 50 MS / s olduğunu gösterdi.

Bu rakamların ne hakkında olduğunu merak ediyorum.

• Bir osiloskopun ölçebileceği üst frekans sınırının bir ölçüsü mü?
• Bu osiloskop hiç 50MHz ölçebiliyor mu?

Sistem bant genişliği, prob bant genişliği ile osiloskop giriş bant genişliğinin bir kombinasyonudur. Her biri bir RC düşük geçiş devresi ile yaklaştırılabilir, yani gecikmeler geometrik olarak eklenir:

t_system^2 = (t_probe^2 + t_scope^2)
f_system = 1/sqrt((1/f_probe)^2 + (1/f_scope)^2)

Bu, 60MHz problu bir 10MHz kapsamının, 9.86MHz frekans sinüzoitlerini -3dB (% 100 * 10 ^ {- 3/20}) zayıflama ile ölçebileceği anlamına gelir.

Dijital darbe trenlerini ölçerken, önemli olan periyodiklik değil , yüksek frekans bilgilerini içerdikleri için yükselme ve düşme süreleri . Yükselme süreleri, bir RC yükselişi veya bir Gauss yükselişi ile matematiksel olarak tahmin edilebilir ve sinyalin düşük voltaj (mantıksal 0) ve yüksek voltaj (mantıksal 1) arasındaki farkın% 10'undan% 90'a çıkması için geçen süre olarak tanımlanır. fark. Örneğin, bir 5V / 0 V sisteminde, bu almak için zaman olarak tanımlanmaktadır 0.1*5V=0.5Viçin 0.9*5V=4.5V. Bu kısıtlamalar ve bazı süslü matematik ile , her karakteristik yükselme süresinin 0.34/t_riseGaussian için yaklaşık olarak yaklaşık frekans içeriğine sahip olduğu ve0.35/t_riseRC için. (Bunun 0.35/t_riseiyi bir nedeni yok ve bu cevabın geri kalanı için kullanacağım.)

Bu bilgi başka şekilde de çalışır: belirli bir sistem bant genişliği yalnızca yükselme sürelerini ölçebilir 0.35/f_system; sizin durumunuzda, 35 ila 40 nanosaniye. Sinüs dalgasına benzer bir şey görüyorsunuz çünkü analog ön uç buna izin veriyor.

Takma ad , bir dijital örnekleme artefaktıdır ve ölçümünüzde de geçerlidir (şanslı değilsiniz!). İşte WP'den ödünç alınmış bir resim :

Analog ön uç sadece 35ns ila 40ns yükselme sürelerine izin verdiği için, ADC örnekleme köprüsü zayıflatılmış 50MHz sinüs dalgası gibi bir şey görür , ancak sadece 50MS / s'de örnekleme yapar, böylece sadece 25MHz'in altındaki sinüzoidleri okuyabilir . Birçok kapsamın bu noktada bir antialiasing filtresi (LPF) vardır, bu da örnekleme oranının 0,5 katının üzerindeki frekansları zayıflatır (Shannon-Nyquist örnekleme kriterleri). Bununla birlikte, tepeden tepeye voltaj hala oldukça yüksek olduğundan, kapsamınız bu filtreye sahip görünmüyor. Hangi model?

Örnekleme köprüsünden sonra veriler birkaç DSP işlemine itilir, bunlardan birine decimation ve cardinal spans denir , bu da daha iyi görüntülemek ve analiz etmek için örnekleme hızını ve bant genişliğini daha da azaltır (özellikle FFT hesaplaması için yararlıdır). Veriler ayrıca, koruma bandı olarak adlandırılan örnekleme hızının ~ 0.4 katının üzerinde frekanslar göstermeyecek şekilde masaj yapılır . Bir ~ 20MHz sinüsoid görmenizi beklerdim - ortalama (5 nokta) açık mı?

DÜZENLEME: Boynumu dışarı çıkartacağım ve osiloskopunuzun dijital antialiasing, decimation ve cardinal spans'ları olduğunu tahmin edeceğim, bu da temel olarak dijital bir LPF ve daha sonra enterpolasyonlu bir yolun yeniden örneklenmesi anlamına gelir. DSP programı bir 20MHz sinyali görür , bu nedenle 10MHz'in altına düşene kadar sinyal verir. Neden 4MHz ve 10MHz'e daha yakın değil? "Kardinal açıklık", bant genişliğinin yarıya inmesi anlamına gelir ve decimation genellikle iki güçle yapılır. 2 tamsayı gücü veya basit bir kısmı ~ 20MHz yerine 4MHz sinüsoid tükürmeye neden oldu. Bu yüzden her meraklısının analog bir kapsama ihtiyacı olduğunu söylüyorum. :)

_{EDIT2: Bu çok fazla görüş aldığından , yukarıdaki utanç verici ince sonucu düzeltmek daha iyi olur.}
EDIT2: Belirli bir araç size severdi bu sadece bir LPF olması gerekir, böylece daha az 25MHz daha sinüsoidleri için kısıtlamadan, bir pencereleme analog BPF girişi bu araç var gibi olmadığı, antialiasing için gerekli olduğu, Undersampling kullanabilirsiniz equiv kullanırken bile . zaman örneklemesi . Analog tarafın kalitesinden de şüphelenmeme rağmen, dijital taraf muhtemelen yukarıda belirtilen DSP algoritmalarını yapmıyor, bunun yerine veri akışı yapıyor veya bir yakalamayı aktarıyorPC'de kaba kuvvet numarası kırılması için. 50MS / s ve 8 bit kelime uzunlukları, bunun ~ 48MB / s ham veri ürettiği anlamına gelir - teorik 60MB / s sınırına rağmen (pratik sınır 30MB / s-40MB / s) USB üzerinden akış yapmak için çok fazla, boş paketleme yükü, bu yüzden bunu azaltmak için kutudan çıkar çıkmaz bazı kararlar var. 35MB / s ile çalışmak, ~ 37MS / s örnekleme hızı verir, akış sırasında 18MHz veya 20ns yükselme süresi teorik ölçüm sınırına işaret eder, ancak 35MB / s'den daha düşük olması şaşırtıcıdır (ancak mümkün!). Kılavuz , dahili 8k belleğe kadar 50MB / s'de veri yakalamak için bir Blok Modunun mevcut olduğunu göstermektedir (öksürük)dolu (160us), daha sonra yavaş bir şekilde bilgisayara gönderir. Kaliteli bir analog giriş tasarlanırken karşılaşılan zorlukların , 25X / s etkili örnekleme oranı, maksimum frekans 12.5MHz ve% 10 koruma bandı vererek 2X (ekstra yarım bit doğruluk) ile aşırı örnekleme ile kısmen aşıldığını varsayacağım. (0.5*25-10)/25), bunların hepsi el aletinde azaltılabilir. Sonuç olarak, bunun gerçekleşmesi için yollar olduğu için neden bir 4MHz sinusoid gördüğünüzden emin değilim, ancak Blok Modunda aynı ölçümü yapmak ve ardından verileri üçüncü taraf bir programla analiz etmek istersiniz. _{PC tabanlı osiloskoplarda her zaman zorlandım, ancak bu iyi girdilere sahip gibi görünüyor ...}

10 MHz analog bant genişliği, 10 V'taki 10 MHz'lik bir sinyalin 5 V'ye benzeyeceği, yani genliğinizin 10 MHz'de yarıya indirileceği anlamına gelir.

10 MHz bant genişliği, 50 MHz sinyalinizin biraz azaltılacağı, ancak spekülasyonu ne kadar zor olduğu anlamına gelir.

50 MS / s, sinyalin tek adımda yakalanmasını umuyorsanız, gerçekçi olarak 5 MHz'den fazla sinyallerle çalışamayacağınız anlamına gelir, bu da öncelikle bir DSO'ya sahip olmanın tek nedenidir.

Bant genişliği sorununu bir dakika boyunca göz ardı ederek, kapsamı tekrarlayan örnekleme moduna sokabilir ve aynı analog kapsamda olduğu gibi tekrarlayan bir sinyal yakalayabilirsiniz.

Kullanılmış bir Tektronix analog kapsamının gitmek için iyi bir yol olabileceğini düşünemediğimde uygun bir DSO (100 MHz analog bant genişliğine modifiye edilmiş Rigol ds1052e) alırdım (2236, 2246 ve 2247A modellerini zaman zaman kullanıyorum) ve hepsi iyi analog kapsamlardır)

* Are they a measure of the upper frequency limit an oscilloscope can measure?

Doğrudan ölçüm için evet.

* Is this oscilloscope capable of measuring 50Mhz at all?

Evet, bazı zor yollar kullanarak: 1) tepe algılama (AM modüle edilmiş sinyali görmeniz gerektiğinde yararlıdır) 2) Frek kaydırma (yine, sinyal modüle edildiğinde yararlıdır) - 50Mhz sinyalini 49Mhz sinüs dalgasıyla karıştırırsanız, 1 Mhz sinyal istediğiniz frekans yakın.

Bant genişliği ve örnekleme hızı normal olarak ölçmek istediğiniz maksimum frekansın 4 ila 5 katı olmalıdır. Ancak, giriş sinyaliniz saf sinüs dalgası değilse, sizin durumunuzdaki kare dalgada olduğu gibi, çok daha yüksek frekanslı harmonikler içerdiğini unutmayın. Doğru bir ölçüm için bu harmoniklerin en azından birincisini kapsamalısınız.

Maksimum bant genişliği (burada 10 MHz) frekansında, bu frekansın sinüs dalgası, kapsamın analog ön ucu tarafından 3dB tarafından zayıflatılır. Bu, gerçek değerinin sadece% 70'inde ölçüldüğü anlamına gelir. Örnekleme hızı, saniyede kapsam tarafından kaç ölçümün yapıldığını, yani sinyalin formunun ne kadar doğru elde edildiğini belirtir (50 MS / s, 10 MHz'lik bir sinyalde döngü başına 5 ölçüme eşittir).

Şimdi, zayıflatılmış giriş sinyali (çok düşük bant genişliği nedeniyle) ve döngü başına sadece 5 örnekle (örnekleme oranı nedeniyle) kapsamınızın ne gördüğünü düşünün.