Soluciones de diseño y aplicación de circuitos de osciloscopios electrónicos digitales.
Los osciloscopios electrónicos son instrumentos ampliamente utilizados por ingenieros en laboratorios, fábricas y en el sitio. De hecho, los osciloscopios electrónicos también son los productos con mayor volumen de ventas y el mayor volumen de ventas entre los instrumentos electrónicos de prueba y medición. Desde finales de la década de 1930 hasta principios de la de 1940, impulsado por el rápido desarrollo de los mercados de transmisión de televisión y alcance de radar, el osciloscopio electrónico analógico se finalizó básicamente y se dividió en cuatro partes: amplificación vertical, escaneo horizontal, sincronización de disparo y visualización del tubo de osciloscopio (CRT). . . El ancho de banda en tiempo real de los osciloscopios electrónicos analógicos alcanzó un máximo de 1000MHz en la década de 1970. Con la aparición de la tecnología digital y los circuitos integrados, los osciloscopios electrónicos analógicos dominados por tubos de vacío y circuitos amplificadores de banda ancha fueron reemplazados gradualmente por osciloscopios electrónicos digitales a partir de la década de 1980. Con el desarrollo explosivo de los mercados de tecnología de la información y comunicación digital, el ancho de banda en tiempo real de los osciloscopios electrónicos digitales superó 1 GHz en la década de 1990. En la década de 2010 del siglo XXI, los osciloscopios electrónicos digitales también han dado un salto adelante, con un ancho de banda en tiempo real superior a los 10 GHz y un ancho de banda de muestreo equivalente que alcanza los 100 GHz.
La estructura del circuito de un osciloscopio electrónico digital es más simple que la de un osciloscopio electrónico analógico. Consta principalmente de cuatro partes: convertidor analógico/digital (ADC), almacenamiento/procesador de formas de onda, convertidor digital/analógico (DAC) y pantalla de forma de onda de cristal líquido (LCD). Los osciloscopios electrónicos analógicos deben tener una respuesta de banda ancha desde el extremo frontal de entrada de señal hasta el extremo posterior de visualización de forma de onda. Sin embargo, los osciloscopios electrónicos digitales solo necesitan que el convertidor analógico/digital frontal tenga la misma respuesta de banda ancha que la señal de entrada, y luego la respuesta de frecuencia de varios circuitos se reduce en consecuencia. Según el principio de muestreo, en condiciones óptimas, la frecuencia de muestreo es igual a 2 veces la frecuencia más alta de la señal analógica de entrada. Después de que el DAC filtra y procesa la información digital de salida del ADC, se puede reproducir la forma de onda de la señal de entrada. Obviamente, la frecuencia de reloj del DAC puede ser mucho menor que la frecuencia de muestreo del ADC. Además, para reducir las señales de alias causadas por el filtrado y procesamiento de señales, la frecuencia de muestreo real utilizada por el ADC del osciloscopio electrónico digital es 4 veces en lugar de 2 veces la frecuencia más alta de la señal de entrada analógica.
Actualmente, la frecuencia de muestreo del ADC de nivel más alto alcanza los 20 GHz y la resolución es de 8 bits. Si se utilizan dos ADC con una frecuencia de muestreo de 20 GHz y se superponen en el eje del tiempo, se obtendrá una función ADC equivalente con una resolución de 8 bits y una frecuencia de muestreo de 40 GHz. En otras palabras, con un ADC con una frecuencia de muestreo de 20 GHz, se puede lograr un ancho de banda de implementación de 10 GHz, pero la resolución es de solo 8 bits. Si se permite reducir la frecuencia de muestreo del ADC, no es difícil aumentar la resolución del ADC. Por ejemplo, un ADC con una frecuencia de muestreo de 1 MHz puede alcanzar una resolución de 28-bits. Los osciloscopios electrónicos digitales con un ancho de banda en tiempo real de más de 100 MHz adoptan completamente una resolución de 8-bits. Para mejorar la resolución se pueden promediar varios muestreos, pero el tiempo de medición también aumenta en consecuencia. Los osciloscopios electrónicos digitales con un ancho de banda en tiempo real de menos de 100 MHz pueden proporcionar productos con resoluciones de 8-bit, 10-bit y 16-bit o más.
