デジタルストレージオシロスコープの原理

デジタルストレージオシロスコープの原理

デジタル ストレージ オシロスコープは、収集したアナログ電圧信号をデジタル信号に変換し、内部のマイクロコンピュータで分析、処理、保存、表示、または印刷する点で、一般的なアナログ オシロスコープとは異なります。これらのオシロスコープは通常、プログラム可能なリモート コントロール機能を備えており、GpIB インターフェイスを介してコンピューターやその他の外部機器に送信して分析や処理を行うこともできます。

その作業プロセスは、一般的に保存と表示の 2 つの段階に分かれています。保存段階では、まず測定対象のアナログ信号がサンプリングと定量化によって処理され、A/D コンバータによってデジタル信号に変換され、RAM に順次保存されます。サンプリング周波数が十分に高い場合、歪みのない信号の保存を実現できます。この情報を観察する必要がある場合は、適切な周波数でこの情報を元の順序に従ってメモリ RAM から取り出し、D/A コンバータと LpE フィルタリングによってオシロスコープに送信すれば、復元された波形を観察できます。

通常のアナログ オシロスコープの CRT 上の p31 蛍光体の残光時間は 1 ミリ秒未満です。場合によっては、p7 蛍光体を使用した CRT では約 300 ミリ秒の残光時間が得られます。信号が蛍光体によって照射されている限り、CRT は信号波形を継続的に表示します。信号が除去されると、p31 素材を使用した CRT のスイープは急速に暗くなりますが、p7 素材を使用した CRT のスイープは少し長く続きます。

では、信号が 1 秒間に数回しか発生しない場合、信号の周期が数秒しかない場合、または信号が 1 回しかバーストしない場合はどうなるでしょうか。この場合、信号は、上で説明したアナログ オシロスコープを使用しても、完全にではないにしても、ほとんど観測できません。

いわゆるデジタル ストレージとは、オシロスコープにデジタル コードの形式で信号を保存することです。信号がデジタル ストレージ オシロスコープ (DSO) に入った後、信号が CRT の偏向回路に到達する前に (図 1)、オシロスコープは一定の間隔で信号電圧をサンプリングします。次に、これらのサンプルはアナログ/デジタル コンバータ (ADC) を使用して変換され、サンプリングされた各電圧を表すバイナリ ワードが生成されます。このプロセスはデジタル化と呼ばれます。

得られたバイナリ値はメモリに保存されます。入力信号がサンプリングされるレートは、サンプリング レートと呼ばれます。サンプリング レートは、サンプリング クロックによって制御されます。一般的な使用では、サンプリング レートは 20 メガビット/秒 (20 MS/s) から 200 MS/s の範囲です。メモリに保存されたデータは、オシロスコープの画面で信号波形を再構築するために使用されます。したがって、DSO の入力信号コネクタとオシロスコープの CRT 間の回路は、単なるアナログ回路ではありません。入力信号の波形は、CRT に表示される前にメモリに保存され、オシロスコープの画面に表示される波形は常に、キャプチャされたデータから再構築された波形であり、入力コネクタに追加された信号の直接の波形ではありません。