การใช้ออสซิลโลสโคปแบบดิจิตอลจะต้องใส่ใจกับปัญหา
1. บทนำ
การใช้ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัลกำลังได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากมีข้อดีเฉพาะตัว เช่น การกระตุ้นรูปคลื่น การจัดเก็บ การแสดงผล การวัด การวิเคราะห์และการประมวลผลข้อมูลรูปคลื่น เนื่องจากออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัลและออสซิลโลสโคปแบบอะนาล็อกมีความแตกต่างด้านประสิทธิภาพอย่างมาก หากไม่ได้ใช้งานอย่างเหมาะสม จะทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดขนาดใหญ่ ซึ่งส่งผลต่องานทดสอบ
2 แยกความแตกต่างระหว่างแบนด์วิดท์แบบอะนาล็อกและแบนด์วิดท์แบบเรียลไทม์แบบดิจิทัล
แบนด์วิดธ์เป็นหนึ่งในตัวบ่งชี้ที่สำคัญที่สุดของออสซิลโลสโคป แบนด์วิดท์ของออสซิลโลสโคปแบบอะนาล็อกเป็นค่าคงที่ ในขณะที่แบนด์วิดท์ของออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัลมีแบนด์วิดท์แบบอะนาล็อกสองประเภทและแบนด์วิดท์แบบเรียลไทม์แบบดิจิทัล แบนด์วิดท์สูงสุดที่สามารถทำได้โดยออสซิลโลสโคปดิจิทัลโดยใช้เทคนิคการสุ่มตัวอย่างตามลำดับหรือแบบสุ่มสำหรับสัญญาณซ้ำๆ คือแบนด์วิดท์แบบเรียลไทม์ดิจิทัลของออสซิลโลสโคป แบนด์วิดท์แบบเรียลไทม์ดิจิทัลสัมพันธ์กับความถี่การแปลงดิจิทัลสูงสุดและปัจจัยเทคนิคการสร้างรูปคลื่นใหม่ K (แบนด์วิดท์แบบเรียลไทม์ดิจิทัล=อัตราการแปลงดิจิทัลสูงสุด / K) ซึ่งโดยทั่วไปไม่ได้กำหนดไว้เป็นตัวบ่งชี้โดยตรง
จากคำจำกัดความของแบนด์วิธทั้งสอง จะเห็นได้ว่าแบนด์วิดท์แบบอะนาล็อกเหมาะสำหรับการวัดสัญญาณแบบคาบเวลาซ้ำๆ เท่านั้น ในขณะที่แบนด์วิดท์แบบเรียลไทม์ดิจิทัลเหมาะสำหรับทั้งสัญญาณแบบซ้ำและสัญญาณช็อตเดียว ผู้ผลิตอ้างว่าแบนด์วิดท์ของออสซิลโลสโคปสามารถเข้าถึงจำนวนเมกะไบต์อันที่จริงแล้วหมายถึงแบนด์วิดท์แบบอะนาล็อก แบนด์วิดท์แบบเรียลไทม์ดิจิทัลต่ำกว่าค่านี้ ตัวอย่างเช่น แบนด์วิดท์ของ TES520B ของ TEK คือ 500MHz ซึ่งจริงๆ แล้วหมายถึงแบนด์วิดท์แบบอะนาล็อกที่ 500MHz ในขณะที่แบนด์วิดท์แบบเรียลไทม์ดิจิทัลสูงสุดสามารถเข้าถึงได้เพียง 400MHz ซึ่งต่ำกว่าแบนด์วิดท์แบบอะนาล็อกมาก ดังนั้น เมื่อทำการวัดสัญญาณเดียว ต้องแน่ใจว่าได้อ้างอิงถึงแบนด์วิดท์แบบเรียลไทม์ดิจิทัลของออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล มิฉะนั้นจะทำให้เกิดข้อผิดพลาดที่ไม่คาดคิดในการวัด
3 เกี่ยวกับอัตราการสุ่มตัวอย่าง
อัตราการสุ่มตัวอย่างหรือที่เรียกว่าอัตราการแปลงเป็นดิจิทัล หมายถึงหน่วยเวลา ซึ่งเป็นจำนวนตัวอย่างของสัญญาณอินพุตแบบอะนาล็อก ซึ่งมักแสดงเป็น MS/s อัตราการสุ่มตัวอย่างเป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญของออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล
(1) หากอัตราการสุ่มตัวอย่างไม่เพียงพอ ปรากฏการณ์การผสมจะเกิดขึ้นได้ง่าย
หากสัญญาณอินพุตของออสซิลโลสโคปเป็นสัญญาณไซน์ซอยด์ 100KHz ออสซิลโลสโคปจะแสดงความถี่สัญญาณ 50KHz เป็นอย่างไร เนื่องจากอัตราการสุ่มตัวอย่างของออสซิลโลสโคปช้าเกินไป ส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์นามแฝง ผสมคือความถี่ของรูปคลื่นที่แสดงบนหน้าจอต่ำกว่าความถี่จริงของสัญญาณ หรือแม้แต่ออสซิลโลสโคปบนตัวบ่งชี้ทริกเกอร์จะสว่างขึ้นและการแสดงรูปคลื่นยังคงไม่เสถียร การสร้างการผสมจะแสดงในรูปที่ 1
ดังนั้น สำหรับรูปคลื่นที่ไม่ทราบความถี่ จะทราบได้อย่างไรว่ารูปคลื่นที่แสดงนั้นทำให้เกิดการมิกซ์หรือไม่ สามารถทำได้โดยค่อยๆ เปลี่ยนความเร็วกวาด t/div ไปเป็นฐานเวลาที่เร็วขึ้น เพื่อดูว่าพารามิเตอร์ความถี่ของรูปคลื่นเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วหรือไม่ ถ้าใช่ แสดงว่าเกิดการผสมรูปคลื่นแล้ว หรือรูปคลื่นที่โยกเยกจะคงที่ที่ฐานเวลาที่เร็วขึ้น ซึ่งหมายความว่ามีการผสมรูปคลื่นเกิดขึ้นแล้ว ตามทฤษฎีบทของ Nyquist อัตราการสุ่มตัวอย่างควรสูงกว่าส่วนประกอบความถี่สูงของสัญญาณอย่างน้อย 2 เท่า เพื่อหลีกเลี่ยงการปะปนกัน เช่น สัญญาณ 500MHz ต้องมีอัตราการสุ่มตัวอย่าง 1GS/s เป็นอย่างน้อย มีหลายวิธีในการป้องกันไม่ให้เกิดการผสมด้วยวิธีง่ายๆ:
ก. ปรับอัตราการกวาด;
ข. ใช้การตั้งค่าอัตโนมัติ
ค. ลองเปลี่ยนวิธีการรวบรวมเป็น Envelope หรือ Peak Detection เนื่องจาก Envelope จะค้นหาค่าสูงสุดในบันทึกการรวบรวมหลายรายการ และ Peak Detection จะค้นหาค่าสูงสุดและต่ำสุดในบันทึกการรวบรวมเดียว ซึ่งทั้งสองค่าสามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของสัญญาณได้เร็วขึ้น
หากออสซิลโลสโคปมีวิธีการรวบรวม InstaVu ก็สามารถใช้ได้เนื่องจากวิธีนี้จะรวบรวมรูปคลื่นอย่างรวดเร็ว และรูปคลื่นที่แสดงด้วยวิธีนี้จะคล้ายกับที่แสดงด้วยออสซิลโลสโคปแบบอะนาล็อก
(2) ความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการสุ่มตัวอย่างกับ t/div
อัตราการสุ่มตัวอย่างสูงสุดของออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัลแต่ละตัวเป็นค่าคงที่ อย่างไรก็ตาม ที่เวลาสแกนครั้งใดเวลาหนึ่ง t/div อัตราการสุ่มตัวอย่าง fs จะได้รับจากสูตรต่อไปนี้: fs=N/(t/div) N คือจุดการสุ่มตัวอย่างต่อเฟรม
เมื่อจำนวนจุดสุ่มตัวอย่าง N เป็นค่าที่แน่นอน fs จะเป็นสัดส่วนผกผันกับ t/div ยิ่งความเร็วกวาดมากเท่าใด อัตราการสุ่มตัวอย่างก็จะยิ่งต่ำลง
โดยสรุป เมื่อใช้ออสซิลโลสโคปแบบดิจิทัล เพื่อหลีกเลี่ยงการผสม วิธีที่ดีที่สุดคือวางเกียร์ความเร็วกวาดไว้ในตำแหน่งที่เร็วกว่า หากคุณต้องการจับภาพเสี้ยนที่เกิดขึ้นเพียงชั่วครู่ ความเร็วกวาดจะดีที่สุดในตำแหน่งที่ช้ากว่าของความเร็วกวาดหลัก
