¿Cómo limitan los fabricantes el ancho de banda en los osciloscopios? [cerrado]

¡Debes darte cuenta de que la frecuencia de muestreo (1 GS/s) y el ancho de banda (70 MHz) son cosas diferentes !

Están relacionados en el sentido de que una cierta frecuencia de muestreo dicta el ancho de banda máximo de las señales que se pueden muestrear con precisión . Esto lo establece la frecuencia de Nyquist.

El ancho de banda del osciloscopio suele estar limitado en la interfaz del osciloscopio. La interfaz es el amplificador de entrada que incluye circuitos de protección y conmutación de rango (que cambia la ganancia de voltaje de la interfaz). También puede haber un filtro anti-aliasing (un filtro de paso bajo) presente.

Una forma de hacer que el ancho de banda de la interfaz sea cambiable por software es simplemente encender/apagar un capacitor. Esto se hace en el Rigol DS1054Z como lo muestra Dave del EEVBlog en este video . Ese condensador puede ser simplemente parte de un filtro de paso bajo RC (¡el filtro antialiasing!) que establece el ancho de banda.

En teoría, es posible (también) limitar la frecuencia de muestreo y/o realizar un posprocesamiento para limitar el ancho de banda, pero esto puede provocar efectos de alias y requiere potencia de procesamiento. Cambiar un capacitor es mucho, mucho más simple. Además, eso limitaría el ancho de banda del osciloscopio de la misma manera que siempre lo ha hecho en los osciloscopios analógicos. Puede ver una señal de 100 MHz en un osciloscopio de 70 MHz , pero los 100 MHz se atenuarán. Por lo tanto, puede medir 1 Vpp mientras que la señal es realmente 1,5 Vpp, por ejemplo.

El ancho de banda está limitado por un filtro de paso bajo. Hay un filtro de paso bajo de hardware para evitar el aliasing, probablemente con su punto de -3dB a 200MHz. Ese filtro de paso bajo debe atenuar todo lo que esté por encima de 500 MHz (la frecuencia de Nyquist) lo suficiente como para evitar el aliasing. La frecuencia de muestreo es siempre 1GSa/s. Luego hay un filtro de paso bajo de software para limitar el ancho de banda de -3dB a lo que ha comprado.

Todavía puede ver señales por encima de 70MHz, solo están atenuadas.

Los osciloscopios digitales modernos tienen varios bloques fundamentales que procesan los datos de entrada de la sonda en una cadena antes de que se muestre la traza.

1. Front End: circuito analógico con atenuación y compensaciones programables, etc. Dependiendo de la configuración de ganancia, puede tener un ancho de banda algo diferente. Y el "ancho de banda" es un concepto extensible, la función de transferencia puede tener una disminución gradual, no solo un "corte de -3dB", que puede corregirse más adelante en la cadena de procesamiento.

2. Unidad de muestreo/ADC. En muchos casos, el ADC muestrea la señal a una velocidad constante (y bastante alta), por encima de la frecuencia de Nyquist del filtro antialiasing del Front End. Por lo tanto, la señal suele estar sobremuestreada. Sin embargo, la tasa de almacenamiento de datos puede ser "diezmada" en el proceso.

3. Almacenamiento de datos (memoria) para datos sin procesar. Se requieren memorias rápidas para almacenar el flujo de entrada de la unidad ADC.

4. Monitor.

Antes de que se muestren los datos, los osciloscopios modernos tienen la señal procesada digitalmente. De modo que puede corregir las características de entrada desiguales, poner interpolaciones, ajustar escalas en todas las direcciones y ejecutar varios algoritmos de medición. Todo esto está en el software de procesamiento posterior, para poner una buena imagen en la pantalla LCD.

Por lo tanto, hay muchas opciones de software/firmware para cambiar/ampliar las características básicas del alcance, dependiendo de cuánto esté dispuesto a pagar. En particular, las "actualizaciones de software" se utilizan en la configuración de la profundidad del almacenamiento de datos. Es posible que los osciloscopios ya tengan la memoria superrápida soldada al máximo, pero el software solo habilita cierta parte de ella. Y para obtener memoria completa, es posible que deba comprar una licencia especial para usarla, y es posible que se venda al vencimiento.

Con respecto a las "actualizaciones" de ancho de banda, si se ofrece la "actualización" basada en software, entonces el osciloscopio tiene un front-end con todas las funciones que cumple con los parámetros anunciados más altos. Sin embargo, los circuitos analógicos de buena calidad en áreas de alta frecuencia son costosos. Los fabricantes de componentes de analógico a digital suelen tener sus circuitos integrados clasificados en diferentes grados y los precios varían sustancialmente. Es posible que la versión menos costosa de un osciloscopio tenga los componentes frontales agrupados, que solo se pueden actualizar actualizando el módulo de hardware.

Hay varios métodos que se pueden utilizar:

1. Limite el reloj del ADC.
2. Limite el número de muestras leídas del ADC por unidad de tiempo.
3. Limite el número de muestras reportadas.

Realmente depende del desarrollador elegir. Por lo general, existen otras limitaciones basadas en el hardware, como el ancho de banda del filtro y el grado de ADC.

Dado que los DSO no son todos iguales, pueden tener ADC de hasta 10 Gs/s para admitir alta resolución con varias capacidades de memoria y relaciones de frecuencia de muestreo a resolución de tiempo para admitir trazas verticales de alta resolución. Obviamente, la relación 2:1 es mín. para la captura fundamental de Nyquist, pero las señales tienen una resolución vertical que puede abarcar N bits y, por lo tanto, esta relación debe ser >=10 a xxx para obtener mediciones precisas.

¿Cómo limitan los fabricantes el ancho de banda a través del software?

Posiblemente un parámetro encriptado para definir el atributo para el valor máximo del multiplicador de PLL y una serie de otros parámetros asociados con eso.