Osciloscopio: ¿Cómo se relacionan la especificación del ancho de banda y la tasa de muestreo?

El ancho de banda está relacionado con la parte analógica de un osciloscopio; Los módulos atenuador, amplificador y disparador. Especifica la frecuencia en la que 3dB atenúa la señal.

Simplemente coloque la frecuencia de muestreo para determinar qué tan "rápido" el ADC sondea la señal analógica para recopilar lecturas discretas. Según el teorema de Nyquist, debe ser al menos el doble de la frecuencia máxima de la señal (ancho de banda). Si el ancho de banda fuera solo la mitad de la frecuencia de muestreo, la lectura resultante sería más baja de lo que realmente es.

Por otro lado, las frecuencias más altas que la frecuencia de muestreo (dado dos veces o tres veces el ancho de banda está disponible), no se pueden leer sin "perder información" (lo que se conoce como aliasing).

Vea este Documento de Keysight sobre los fundamentos del alcance para estudiantes de EE . En la página 17 se encuentra un diagrama de bloques típico de un osciloscopio, las páginas 18 y 19 mencionan la relación entre el ancho de banda y la frecuencia de muestreo.

Desde la página 17, parte del diagrama de bloques (la parte azulada es el ancho de banda analógico):

Delapágina18:

  

• Todoslososciloscopiosmuestranunarespuestadefrecuenciadepasobajo.
  
• Lafrecuenciaenqueunaondasinusoidaldeentradaseatenúaen3dBdefineelanchodebandadelalcance.
  

Delapágina19:

  

• BWrequeridoparaaplicacionesanalógicas:≥3Xlafrecuenciadeondasinusoidalmásalta.
  
• BWrequeridoparaaplicacionesdigitales:≥5veceslavelocidadderelojdigitalmásalta.
  
• DeterminacióndeBWmásprecisabasadaenvelocidadesdebordedeseñal(consultelanotadeaplicación"Ancho de banda" que se encuentra al final de la presentación)
  

En mi experiencia, el ancho de banda analógico específico tiende a ser del 20 al 30% de la tasa de muestreo en tiempo real (el límite de Nyquist es del 50%).

Para evitar el alias durante el muestreo, la cadena de señal debería contener mejor un filtro de paso bajo analógico, evitando que cualquier entrada alcance el límite de Nyquist ... no estoy seguro de si esto es lo que realmente hacen los ámbitos :-), ya que dificultaría muestreo repetitivo.

Un posible ángulo diferente: en el límite de Nyquist, la aproximación digital de la señal analógica original ya es bastante aproximada, por lo que no tiene mucho sentido estirarla. Y, el circuito analógico rápido es caro y consume mucha energía. Entonces, si abandonas el muestreo repetitivo, ni siquiera necesitas alcanzar el límite de Nyquist.

Siguiente: ¡cuidado con las sondas! La variedad barata con solo un divisor pasivo de 1:10 solo llega a unos 200 MHz. Cualquier cosa más rápida cuesta un brazo y una pierna.

En cuanto a los ADC solo, he notado que TI hace ADC integrados con tasas de muestreo en el rango más bajo de GSps. Puede alcanzar tasas de muestreo más altas intercalando varios canales ADC (incluidos los frontales de muestra y retención).

Como alguien ya mencionó, tener un 20 a 30 por ciento del ancho de banda analógico de la frecuencia de muestreo en tiempo real está bien. Esto se hace para muestrear la señal de una manera que la interpolación u otras técnicas podrían hacer un mejor trabajo recreando la señal. Y estoy bastante seguro de que todos los componentes electrónicos deberían tener un filtro de paso bajo antialiasing.

Sin embargo, a veces se pueden ver osciloscopios en los que la frecuencia de muestreo es relativamente baja pero la frecuencia máxima es alta, más alta que las limitaciones declaradas por Nyquist. Bueno, realmente no hay magia: la señal se guarda al principio en alguna memoria analógica y luego se procesa. Eso significa que al mirar la misma señal, solo cambiando de fase, hay una buena posibilidad de ver el voltaje de la señal de velocidad realmente alta. ¿Cuál es la desventaja de esto? Tienes que guardar tu señal y usar algunos dispositivos electrónicos de precisión para lograr esto

Los DSO sirven muchas funciones como dispositivos de medición tanto en el dominio de tiempo como en el de frecuencia. Los factores que afectan la calidad de la captura de la señal no solo son fundamentales, sino que incluso para una onda sinusoidal pura, la SNR espectral es importante para muchas aplicaciones /

Un método para definir una señal es la FFT definida por intervalo y resolución. Aquí es donde es útil una alta proporción de frecuencia de muestreo a ancho de banda de señal. Este tiempo superior reduce el ancho de banda de resolución en una FFT.

EfectosdemayorvelocidaddemuestreoymenorresoluciónAnchodebandaLaresoluciónmejoradaesmenorRuidoporanchodebandadeHzHz.Cuantasmásmuestrasporcontenedor,menorseráelnivelderuido,comosemuestraacontinuación.