오실로스코프 대역폭은 무엇입니까?

이 질문은 몇 분 전에 나에게 나타났습니다. 레벨 0에서 2.5까지의 50Mhz 구형파를 측정하려고했지만 화면에서 본 사인파는 1.2V를 중심으로하고 사인파는 0.5V에서 2.0V이며 주파수는 4MHz입니다.

오실로스코프 데이터 시트를 확인한 결과 샘플링 속도가 50MS / s이고 대역폭이 10MHz 인 것으로 나타났습니다.

이 수치가 무엇인지 궁금합니다.

• 오실로스코프가 측정 할 수있는 주파수 상한을 측정합니까?
• 이 오실로스코프는 50MHz를 전혀 측정 할 수 있습니까?

시스템 대역폭은 프로브 대역폭과 오실로스코프 입력 대역폭의 조합입니다. 각각은 RC 저역 통과 회로에 의해 추정 될 수 있는데, 이는 지연이 기하학적으로 추가됨을 의미합니다.

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

이는 60MHz 프로브가있는 10MHz 범위가 -3dB (100 * 10 ^ {-3/20} %) 감쇠로 주파수 9.86MHz의 정현파를 측정 할 수 있음을 의미합니다.

디지털 펄스 트레인을 측정 할 때 중요한주기가 아니라 고주파 정보가 포함되어 있기 때문에 상승 및 하강 시간이 중요 합니다. 상승 시간은 RC 상승 또는 가우시안 상승 수학적으로 근사 할 수 있으며, 신호는 차이의 10 %로 이동하는 시간으로 정의되는 낮은 전압 (논리 0) 및 높은 전압 (논리 1) 90 %, 차이의. 예를 들어, 5V / 0V 시스템, 그것은에서 얻을 수있는 시간으로 정의됩니다 0.1*5V=0.5V에 0.9*5V=4.5V. 이러한 제약과 일부 멋진 수학을 사용하면 각 유형의 특성 상승 시간 0.34/t_rise에 가우시안 및 최대 주파수 성분이 있음을 알 수 있습니다0.35/t_riseRC를 위해. (나는 0.35/t_rise정당한 이유없이 사용 하며이 답변의 나머지 부분에도 그렇게 할 것입니다.)

이 정보는 다른 방식으로도 작동합니다. 특정 시스템 대역폭은 최대 상승 시간 만 측정 할 수 있습니다 0.35/f_system. 귀하의 경우 35 ~ 40 나노초. 당신은 사인파와 비슷한 것을보고 있습니다. 왜냐하면 그것은 아날로그 프론트 엔드가 통과하는 것이기 때문입니다.

앨리어싱 은 디지털 샘플링 아티팩트이며 측정에도 적용됩니다 (행운이 아님). 다음 은 WP에서 빌린 이미지 입니다.

아날로그 프런트 엔드는 35ns ~ 40ns의 상승 시간 만 허용하므로 ADC 샘플링 브리지 는 감쇠 된 50MHz 사인파와 같은 것을 볼 수 있지만 50MS / s에서만 샘플링되므로 25MHz 미만의 정현파 만 읽을 수 있습니다 . 많은 '스코프에는 이 시점에서 앤티 앨리어싱 필터 (LPF)가있어 샘플링 속도의 0.5 배 이상의 주파수를 감쇠시킵니다 (Shannon-Nyquist 샘플링 기준). 피크 대 피크 전압이 여전히 상당히 높기 때문에 스코프에는이 필터가없는 것 같습니다. 어떤 모델입니까?

샘플링 브리지 후 데이터는 몇 가지 DSP 프로세스로 진행되는데, 그 중 하나는 데시 메이션 (Decimation) 및 카디널 스팬 (cardinal span )으로 불리며 , 이는 더 나은 디스플레이 및 분석을 위해 샘플링 속도와 대역폭을 더욱 감소시킵니다 (특히 FFT 계산에 도움이 됨). 데이터는 가드 밴드 (guard band) 라 불리는 샘플링 속도의 ~ 0.4 배를 초과하는 주파수를 표시하지 않도록 더욱 마사지 됩니다. ~ 20MHz 정현파가 표시 될 것으로 예상했습니다. 평균 (5 포인트)이 켜져 있습니까?

편집 : 목을 찌르고 오실로스코프에 데시 메이션 및 기본 스팬을 사용하여 디지털 앤티 앨리어싱이 있다고 생각합니다. 이는 기본적으로 디지털 LPF를 의미하며 보간 경로의 리샘플링을 의미합니다. DSP 프로그램 은 20MHz 신호를 보고 10MHz 이하가 될 때까지 신호를 소멸시킵니다. 왜 4MHz이고 10MHz에 가깝지 않습니까? "cardinal span"은 대역폭을 절반으로 줄이는 것을 의미하며, 데시 메이션은 종종 2의 거듭 제곱으로도 발생합니다. 2의 정수 전력 또는 그것의 간단한 분수는 ~ 20MHz 대신에 4MHz 정현파가 스 패트 아웃되도록했다. 그렇기 때문에 모든 애호가에게는 아날로그 범위가 필요합니다. :)

_{EDIT2 : 이것은 많은 견해를 얻고 있기 때문에 위의 당혹스럽게 얇은 결론을 수정하는 것이 좋습니다.}
EDIT2 : 앤티 앨리어싱에 윈도 잉 아날로그 BPF 입력이 필요한 언더 샘플링 을 사용할 수있는 특정 도구-이 도구에는없는 것처럼 보이므로 LPF 만 있어야하며 25MHz 미만의 정현파로 제한합니다 equiv 를 사용할 때도 . 시간 샘플링 . 나는 또한 아날로그 측의 품질을 의심하지만 디지털 측은 앞서 언급 한 DSP 알고리즘을 수행하지 않고 데이터를 스트리밍하거나 하나의 캡처를 전송합니다.PC에서 무차별 대입을 위해 한 번에 50MS / s 및 8 비트 워드 길이는 ~ 48MB / s의 원시 데이터를 생성한다는 의미입니다. 이론상 60MB / s 제한 (실제 한계는 30MB / s-40MB / s 임)에도 불구하고 USB를 통해 스트리밍하기에는 너무 많은 양입니다. 패킷 화 오버 헤드가 발생하므로이를 줄이기 위해 약간의 소멸이 있습니다. 35MB / s로 작업하면 ~ 37MS / s의 샘플링 속도를 제공하여 스트리밍시 이론적 측정 한계 인 18MHz 또는 20ns의 상승 시간을 나타내지 만 35MB / s는 놀랍지 만 낮을 수 있습니다. 설명서 는 내부 8k 메모리 (기침) 까지 50MB / s에서 데이터를 캡처하기위한 블록 모드 가 있음을 나타냅니다.가득 차서 (160us) 느긋한 속도로 컴퓨터로 보냅니다. 품질 아날로그 입력을 설계 할 때 발생하는 어려움 은 2X (추가 반 비트 정확도) 로 오버 샘플링 함으로써 부분적으로 극복되어 25MS / s의 유효 샘플링 속도, 최대 주파수 12.5MHz 및 10 % 가드 밴드 ( (0.5*25-10)/25)로 수공구 자체를 줄일 수 있습니다. 결론적으로, 4MHz 정현파가 왜 발생하는지 잘 모르겠지만 블록 모드에서 동일한 측정을 수행 한 다음 타사 프로그램으로 데이터를 분석하려고합니다. _{나는 항상 PC 기반 오실로스코프에서 열심히 노력했지만이 입력은 괜찮은 입력으로 보입니다 ...}

10MHz 아날로그 대역폭은 10V에서 10MHz 신호가 5V처럼 보이며, 즉 진폭이 10MHz에서 절반으로 줄어드는 것을 의미합니다.

10MHz 대역폭은 50MHz 신호가 상당히 약화되지만 추측하기 어려운 양을 의미합니다.

50 MS / s는 신호의 단일 샷 캡처를 원할 경우 실제로 5MHz 이상의 신호로 사실적으로 작업 할 수 없다는 것을 의미합니다. 이것이 실제로 DSO를 갖는 유일한 이유입니다.

1 분 동안 대역폭 문제를 무시하면 스코프를 반복 샘플링 모드로 설정하고 아날로그 스코프와 마찬가지로 반복 신호를 캡처 할 수 있습니다.

적절한 DSO를 얻습니다 (100 MHz 아날로그 대역폭으로 개조 된 Rigol ds1052e가 권장 사항을 얻음). 그것들은 모두 훌륭한 아날로그 범위입니다)

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

직접 측정의 경우 가능합니다.

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

예, 몇 가지 까다로운 방법을 사용하십시오 .1) 피크 감지 (AM 변조 신호를 볼 때 유용) 2) 주파수 편이 (다시 신호가 변조 될 때 유용)-50Mhz 신호와 49Mhz 사인파를 혼합하면 원하는 주파수 근처의 1Mhz 신호.

대역폭과 샘플 속도는 일반적으로 측정하려는 최대 주파수의 4 ~ 5 배 여야합니다. 그러나 입력 신호가 순수한 사인파가 아닌 경우 구형파와 같이 훨씬 높은 주파수의 고조파도 포함합니다. 정확한 측정을 위해서는 최소한 이러한 고조파를 다루어야합니다.

최대 대역폭 (여기서는 10MHz)의 주파수에서이 주파수의 사인파는 스코프의 아날로그 프론트 엔드에 의해 3dB 감쇠됩니다. 이는 실제 가치의 70 % 만 측정됨을 의미합니다. 샘플 속도는 초당 스코프에 의해 수행되는 측정 횟수, 즉 신호의 형태가 얼마나 정확하게 획득되는지를 지정합니다 (50 MHz / s는 10 MHz 신호에서주기 당 5 측정치와 동일).

이제 입력 신호가 과도하게 감쇠되어 (너무 낮은 대역으로 인해) 사이클 당 5 개의 샘플 만 (샘플링 속도로 인해) 스코프가보고있는 것을 생각해보십시오.