デジタル電子オシロスコープ回路アプリケーションおよび設計ソリューション
電子オシロスコープは、研究室、工場、現場でエンジニアが広く使用している計測器です。実際、電子オシロスコープは、電子試験計測器の中でも販売量が最も多く、売上高も最も高い製品です。1930年代後半から1940年代初頭にかけて、テレビ放送やレーダー測距の市場が急速に発展し、アナログ電子オシロスコープは基本的に完成し、垂直増幅、水平走査、トリガー同期、オシロスコープ管（CRT）ディスプレイの4つの部分に分かれました。アナログ電子オシロスコープのリアルタイム帯域幅は、1970年代に1000MHzのピークに達しました。デジタル技術と集積回路の出現により、真空管と広帯域増幅回路が主流だったアナログ電子オシロスコープは、1980年代から徐々にデジタル電子オシロスコープに置き換えられました。 情報技術とデジタル通信市場の爆発的な発展により、1990年代にはデジタル電子オシロスコープのリアルタイム帯域幅が1GHzを超えました。21世紀の2010年代には、デジタル電子オシロスコープも飛躍的な進歩を遂げ、リアルタイム帯域幅は10GHzを超え、等価サンプリング帯域幅は100GHzに達しました。
デジタル電子オシロスコープの回路構造は、アナログ電子オシロスコープの回路構造よりも単純です。主に、アナログ/デジタルコンバーター（ADC）、波形ストレージ/プロセッサー、デジタル/アナログコンバーター（DAC）、液晶（LCD）波形ディスプレイの4つの部分で構成されています。アナログ電子オシロスコープは、信号入力フロントエンドから波形表示バックエンドまで、広帯域応答が必要です。ただし、デジタル電子オシロスコープでは、フロントエンドのアナログ/デジタルコンバーターが入力信号と同じ広帯域応答を持つだけでよく、さまざまな回路の周波数応答がそれに応じて低下します。サンプリング原理によると、最適な条件下では、サンプリング周波数は入力アナログ信号の最高周波数の2倍に等しくなります。ADC出力デジタル情報がDACによってフィルタリングおよび処理された後、入力信号の波形を再現できます。明らかに、DACクロック周波数は、ADCサンプリング周波数よりもはるかに低くすることができます。 さらに、信号のフィルタリングと処理によって発生するエイリアシング信号を減らすために、デジタル電子オシロスコープの ADC で使用される実際のサンプリング周波数は、アナログ入力信号の最高周波数の 2 倍ではなく 4 倍になります。
現在、最高レベルの ADC のサンプリング周波数は 20GHz に達し、分解能は 8 ビットです。サンプリング周波数が 20GHz の ADC を 2 つ使用し、時間軸上で重ね合わせると、分解能が 8 ビット、サンプリング周波数が 40GHz の同等の ADC 機能が得られます。つまり、サンプリング周波数が 20GHz の ADC では、10GHz の実装帯域幅を実現できますが、分解能は 8 ビットしかありません。ADC のサンプリング レートを下げることができれば、ADC の分解能を上げることは難しくありません。たとえば、1MHz のサンプリング レートの ADC では、28- ビットの分解能を実現できます。リアルタイム帯域幅が 100MHz を超えるデジタル電子オシロスコープでは、8- ビットの分解能が完全に採用されています。分解能を向上させるために、複数のサンプリングを平均化できますが、測定時間もそれに応じて長くなります。 リアルタイム帯域幅が 100MHz 未満のデジタル電子オシロスコープは、8- ビット、10- ビット、16- ビット以上の解像度を備えた製品を提供できます。
