Aplikácia obvodov digitálneho elektronického osciloskopu a konštrukčné riešenia
Elektronické osciloskopy sú nástroje široko používané inžiniermi v laboratóriách, továrňach a na mieste. V skutočnosti sú elektronické osciloskopy tiež produktmi s najväčším objemom predaja a najvyšším objemom predaja medzi elektronickými testovacími a meracími prístrojmi. Od konca 30. do začiatku 40. rokov 20. storočia, poháňaný rýchlo sa rozvíjajúcimi trhmi televízneho vysielania a radarového určovania vzdialenosti, bol analógový elektronický osciloskop v podstate dokončený a rozdelený na štyri časti: vertikálne zosilnenie, horizontálne skenovanie, synchronizácia spúšťača a displej osciloskopovej trubice (CRT). . . Šírka pásma analógových elektronických osciloskopov v reálnom čase dosiahla vrchol 1000 MHz v sedemdesiatych rokoch. S nástupom digitálnej technológie a integrovaných obvodov boli analógové elektronické osciloskopy, ktorým dominovali vákuové elektrónky a širokopásmové zosilňovacie obvody, postupne nahradené digitálnymi elektronickými osciloskopmi počnúc 80. rokmi. S prudkým rozvojom informačných technológií a trhov digitálnej komunikácie presiahla v 90. rokoch šírka pásma digitálnych elektronických osciloskopov v reálnom čase 1 GHz. V roku 2010 21. storočia urobili skok vpred aj digitálne elektronické osciloskopy, pričom šírka pásma v reálnom čase presahuje 10 GHz a ekvivalentná šírka pásma vzorkovania dosahuje 100 GHz.
Štruktúra obvodu digitálneho elektronického osciloskopu je jednoduchšia ako štruktúra analógového elektronického osciloskopu. Skladá sa hlavne zo štyroch častí: analógovo/digitálny prevodník (ADC), pamäť/procesor priebehov, digitálny/analógový prevodník (DAC) a zobrazenie priebehov z tekutých kryštálov (LCD). Analógové elektronické osciloskopy musia mať širokopásmovú odozvu od predného konca signálu po zadný koniec zobrazenia priebehu. Digitálne elektronické osciloskopy však potrebujú iba predný analógovo/digitálny prevodník, aby mal rovnakú širokopásmovú odozvu ako vstupný signál, a potom sa frekvenčná odozva rôznych obvodov zodpovedajúcim spôsobom zníži. Podľa princípu vzorkovania sa za optimálnych podmienok vzorkovacia frekvencia rovná 2-násobku najvyššej frekvencie vstupného analógového signálu. Po filtrovaní a spracovaní výstupných digitálnych informácií ADC pomocou DAC je možné reprodukovať tvar vlny vstupného signálu. Je zrejmé, že frekvencia hodín DAC môže byť oveľa nižšia ako vzorkovacia frekvencia ADC. Okrem toho, aby sa znížilo aliasingové signály spôsobené filtrovaním a spracovaním signálu, skutočná vzorkovacia frekvencia používaná ADC digitálneho elektronického osciloskopu je 4-krát namiesto 2-násobku najvyššej frekvencie analógového vstupného signálu.
V súčasnosti dosahuje najvyššia úroveň vzorkovacej frekvencie ADC 20 GHz a rozlíšenie je 8 bitov. Ak sa použijú dva ADC so vzorkovacou frekvenciou 20 GHz a superponované na časovej osi, získa sa ekvivalentná funkcia ADC s rozlíšením 8 bitov a vzorkovacou frekvenciou 40 GHz. Inými slovami, s ADC so vzorkovacou frekvenciou 20 GHz je možné dosiahnuť implementačnú šírku pásma 10 GHz, ale rozlíšenie je iba 8 bitov. Ak je povolené zníženie vzorkovacej frekvencie ADC, nie je ťažké zvýšiť rozlíšenie ADC. Napríklad ADC so vzorkovacou frekvenciou 1 MHz môže dosiahnuť 28-bitové rozlíšenie. Digitálne elektronické osciloskopy so šírkou pásma v reálnom čase viac ako 100 MHz plne využívajú 8-bitové rozlíšenie. Na zlepšenie rozlíšenia je možné spriemerovať viacnásobné odbery vzoriek, ale zodpovedajúcim spôsobom sa predĺži aj čas merania. Digitálne elektronické osciloskopy so šírkou pásma v reálnom čase menšou ako 100 MHz môžu poskytovať produkty s rozlíšením 8-bit, 10-bit a 16-bit alebo viac.
