Gepost door Jeroen Vreuls op zondag 3 oktober 2010
Als belangrijkste kenmerk de bandbreedte. Het staat in elke specificatie en ook vaak op de scoop zelf. De waarde die men opgeeft is het 3dB punt. De weergegeven amplitude is daar dus 3dB (0,7x) minder dan werkelijk. Maar er zijn twee manieren hoe een scoop dat traject daarvoor doorloopt.
De analoge scoop is altijd Gaussian. Dat betekent dat er een geleidelijke afbouw is tot dat 3dB punt die daarna vaak in de zelfde lijn doorzet.
De tegenhanger is flat respons of brick respons. Ideaal blijft de amplitude respons vlak tot het quot;3dB" punt om daar ineens recht omlaag te storten.
Digitale scopen zijn in theorie allemaal flat respons. In de praktijk echter niet, onder andere als de voorversterker een lage bandbreedte heeft. Een top scoop van een van de grote merken zal dat aardig benaderen. De gemiddelde goedkope Chinees zeker niet. De frequentie begint al op een derde van de bandbreedte langzaam af te lopen tot het 3dB punt om daarna snel verder af te bouwen.
Een digitale scoop kun je niet zo ver buiten zijn specificaties gebruiken. Behalve dat de amplitude niet meer klopt en snel afbouwt kunnen er ook andere effecten optreden waardoor je dingen ziet die er niet zijn. Digitale scopen zijn tegenwoordig allemaal sampling scopen en daar treedt boven de halve sampling frequentie het Nyquist effect op. Een analoge, niet sampling, scoop heeft daar geen last van en bouwt meestal ook niet zo snel af.
Puls op 100 MHz analoge oscilloscoop
Puls op 100 MHz digitale oscilloscoop
Dit zijn twee 100MHz scopen. Ze geven de zelfde puls weer. De tijdbasis van beide staat anders dus verkijk je niet op de vorm. De digitale geeft 4,44Vtt en 2ns stijgtijd. De analoge gaf ongeveer het zelfde aan. Ook de stijgtijd is vergelijkbaar. Je ziet alleen meer definitie bij de analoge op de neergaande flank.
Puls op 1 GHz sampling oscilloscoop
Dit is het signaal zoals het in het echt er uit zag. Deze scoop kan 250pS aan. Je ziet dat het bovenop geen punt is. De echte stijgtijd is rond de 700pS en de echte amplitude 10,6V.
Je ziet dus dat je ook goed moet weten wat je meet. Op deze manier kun je de bandbreedte meten. Je moet de Tr (risetime) van de puls weten. Dan meet je op 10 en 90% van de amplitude de Tr op het scherm.
Tr_{echt} = \sqrt{\frac{Tr_{gemeten} - Tr_{pulser}}{\tfrac{2}{3}}}
Bandbreedte scoop is dan:
BW = \frac{350}{Tr_{echt}}
De tweede manier is om met een sinus de bandbreedte te meten. Dan zul je zien dat daar twee verschillende dingen uit komen. De ene scoop is namelijk beter geschikt voor sinus achtige repeterende signalen, de ander voor pulsvormige signalen. Met de opkomst van de digitale technieken wilde de klant meer stijgtijd om ringing en overshoot op blokvormige digitale signalen te zien. Daarvoor was het voornamelijk radio of audio gebruik.
Een ander voorbeeld: met 1 GHz sampling oscilloscoop
Een ander voorbeeld: met 100 MHz oscilloscoop
Hier zie je nog twee voorbeelden. Links zoals het echt is. Rechts wat een te lage bandbreedte er van maakt.
Waarom is dit nu zo belangrijk? Dat is het niet als je met puur sinusvormige signalen werkt. Maar een blokgolf, veel in digitale technieken gebruikt is een ander geval.
Een periodiek signaal is volgens Fourier te ontleden in sinussen. Om een signaal zoals een blokgolf goed weer te geven op een oscilloscoop kan als vuistregel worden aangehouden dat de bandbreedte van die oscilloscoop 10x de frequentie van die blokgolf is. Een 100 MHz oscilloscoop kan dus een 10MHz blokgolf goed weergeven. Een blokgolf met een hogere frequentie gaat op een dergelijke scoop wat meer op een sinus lijken.
De golfvorm met een frequentie boven de bandbreedte van een oscilloscoop is dus totaal niet meer te vertrouwen. Er is een overeenkomst met de stijgtijd. Als je 100MHz wil weergeven moet het electronen kanon in 2,5nS van 0V naar maximale amplitude. Als de stijgtijd 20nS is dan zijn er al een paar complete sinusjes voorbij gekomen voor hij 1 opgaande gang heeft gemaakt.
50 MHz blokgolf op 100 MHz oscilloscoop
50 MHz blokgolf op 150 MHz oscilloscoop
Hierboven zie je een 50Mhz (Tr = 5nS) blokgolf op een 100MHz scope en rechts op een 150MHz. Die eerste ziet er uit als een perfecte sinus, bij de tweede zie je net nog dat het toch geen perfecte sinus is.