オシロスコープの帯域幅、それは何ですか？

この質問は少し前に私に浮かびました。レベル0〜2.5の50Mhzの方形波を測定していましたが、画面上で見たものは、中心が1.2V、レベルが0.5〜2.0Vの正弦波で、周波数は4MHzでした。

オシロスコープのデータシートを調べたところ、サンプリングレートが50 MS / sで帯域幅が10 MHzであることがわかりました。

私はこれらの数字が何であるかについて疑問に思っています。

• オシロスコープが測定できる周波数の上限の尺度ですか？
• このオシロスコープは50Mhzを測定できますか？

システム帯域幅は、プローブ帯域幅とオシロスコープ入力帯域幅の組み合わせです。それぞれをRCローパス回路で近似できます。つまり、遅延が幾何学的に追加されます。

t_system^2 = (t_probe^2 + t_scope^2)
f_system = 1/sqrt((1/f_probe)^2 + (1/f_scope)^2)

これは、60MHzプローブを備えた10MHzのスコープが、-3dB（100 * 10 ^ {-3/20}％）の減衰で周波数9.86MHzの正弦波を測定できることを意味します。

デジタルパルス列を測定する場合、重要なのは周期性ではなく、高周波情報が含まれているため、立ち上がり時間と立ち下がり時間です。立ち上がり時間は、数学的にRCの立ち上がりまたはガウスの立ち上がりによって近似でき、信号が低電圧（論理0）と高電圧（論理1）の差の10％から90％に達する時間として定義されます。違いの。例えば、5V / 0Vのシステムでは、それは以下から取得するための時間として定義される0.1*5V=0.5Vまで0.9*5V=4.5V。これらの制約といくつかの派手な数学により、各タイプの特性立ち上がり時間は0.34/t_rise、ガウスおよび0.35/t_riseRC用。（私は0.35/t_rise正当な理由なしに使用し、この回答の残りの部分で使用します。）

この情報は他の方法でも機能します。特定のシステム帯域幅では、立ち上がり時間までしか測定できません0.35/f_system。あなたの場合、35〜40ナノ秒です。正弦波に似たものが表示されているのは、アナログフロントエンドがそれを通過させているからです。

エイリアシングはデジタルサンプリングアーティファクトであり、測定にも有効です（ラッキーではありません！）。これは、WPからの借用画像です。

アナログフロントエンドは35nsから40nsの立ち上がり時間しか通さないため、ADCサンプリングブリッジは減衰した50MHz正弦波のようなものを認識しますが、50MS / sでサンプリングしているだけなので、25MHz未満の正弦波しか読み取れません。多くのスコープには、この時点でアンチエイリアスフィルター（LPF）があり、サンプルレートの0.5倍を超える周波数を減衰させます（Shannon-Nyquistサンプリング基準）。ただし、ピークツーピーク電圧はまだかなり高いので、スコープにはこのフィルターがないようです。それはどのモデルですか？

サンプリングブリッジの後、データはいくつかのDSPプロセスに押し込まれます。そのうちの1つはデシメーションとカーディナルスパンと呼ばれ、サンプルレートと帯域幅をさらに削減して表示と分析を改善します（特にFFT計算に役立ちます）。データはさらに、ガードバンドと呼ばれるサンプルレートの約0.4倍を超える周波数を表示しないように処理されます。〜20MHzの正弦波が表示されると期待していましたが、平均化（5ポイント）がオンになっていますか？

編集：首を突き出し、オシロスコープにデシメーションとカーディナルスパンを使用したデジタルアンチエイリアシングがあることを推測します。これは、基本的にはデジタルLPFで補間されたパスのリサンプリングを意味します。DSPプログラムは 20MHzの信号を認識するため、10MHz未満になるまで間引きします。なぜ4MHzで10MHzに近づかないのですか？「基本スパン」とは帯域幅を半分にすることを意味し、間引きもしばしば2の累乗によるものです。整数の2のべき乗またはその小数部により、20MHzではなく4MHzの正弦波が吐き出されました。だからこそ、すべての愛好家がアナログスコープを必要としていると私は言います。:)

_{EDIT2：これは非常に多くのビューを取得しているため、上記の恥ずかしいほど薄い結論を修正した方が良いでしょう。}
EDIT2：アンチサンプリングにウィンドウアナログBPF入力が必要なアンダーサンプリングを使用できるお気に入りのツール。このツールにはないようです。したがって、LPFのみが必要で、正弦波を25MHz未満に制限します。 equivを使用する場合でも。タイムサンプリング。アナログ側の品質も疑いますが、デジタル側は前述のDSPアルゴリズムを実行せず、代わりにデータのストリーミングまたは1つのキャプチャの転送を行います。PCでブルートフォースの数値を処理するために。50MS /秒および8ビットワード長は、これが最大48MB /秒の生データを生成することを意味します-理論上の60MB /秒の制限（実際の制限は30MB /秒-40MB /秒です）にもかかわらず、USB経由でストリーミングするには多すぎますパケット化のオーバーヘッド。したがって、これを削減するためにすぐに使用できるデシメーションがあります。35MB / sで動作すると、サンプリングレートが〜37MS / sになり、ストリーミング時の理論的な測定限界である18MHz、または立ち上がり時間20nsを示しますが、35MB / sは驚くほど低い可能性があります（しかし可能です！）。マニュアルには、内部8kメモリ（咳）まで50MB / sでデータをキャプチャするためのブロックモードが存在することが示されていますいっぱい（160us）で、ゆっくりとコンピュータに送信します。高品質のアナログ入力を設計する際に遭遇する困難は、2X（余分なハーフビット精度）によるオーバーサンプリングによって部分的に克服され、25MS / sの有効サンプルレート、最大周波数12.5MHz、および10％ガードバンド（(0.5*25-10)/25）、これらはすべてハンドツール自体で削減できます。結論として、これが発生する方法があるため、なぜ4MHzの正弦波が表示されるのかわかりませんが、ブロックモードで同じ測定を行い、サードパーティプログラムでデータを分析したいと思います。_{私はいつもPCベースのオシロスコープに苦労していましたが、これにはまともな入力があるようです...}

10 MHzのアナログ帯域幅とは、10 Vの10 MHz信号が5 Vのように見えることを意味します。つまり、振幅は10 MHzで半分になります。

10 MHzの帯域幅は、50 MHzの信号がかなり減衰されることを意味しますが、どれだけ推測するのは困難です。

50 MS / sは、信号のシングルショットキャプチャを実行したい場合、5 MHzをはるかに超える信号を現実的に操作できないことを意味します。これは、実際にDSOを使用する唯一の理由です。

帯域幅の問題を1分間無視しても、アナログスコープと同様に、スコープを反復サンプリングモードにして、反復信号をそのようにキャプチャできる場合があります。

適切なDSOを取得します（100 MHzのアナログ帯域幅に変更されたRigol ds1052eが推奨事項を取得します）。使用するTektronixアナログスコープが適切な方法ではない場合があります（2236、2246、および2247Aモデルを時々使用します）そしてそれらはすべて素晴らしいアナログスコープです）

* Are they a measure of the upper frequency limit an oscilloscope can measure?

はい、直接測定の場合。

* Is this oscilloscope capable of measuring 50Mhz at all?

はい、いくつかのトリッキーな方法を使用します：1）ピーク検出（AM変調信号を見る必要がある場合に有用）2）周波数シフト（再び、信号が変調される場合に有用）-50Mhz信号と49Mhz正弦波を混ぜると、目的の周波数に近い1Mhz信号。

帯域幅とサンプルレートは通常、測定する最大周波数の4〜5倍にする必要があります。ただし、入力信号が純粋な正弦波（矩形波など）でない場合、はるかに高い周波数の高調波も含まれることに注意してください。正確な測定のためには、少なくともこれらの高調波の最初のものをカバーする必要があります。

最大帯域幅の周波数（ここでは10 MHz）で、この周波数の正弦波は、スコープのアナログフロントエンドによって3dB減衰されます。つまり、実際の値の70％でしか測定されません。サンプルレートは、スコープが1秒間に何回測定するか、つまり信号の形式をどのくらい正確に取得するかを指定します（50 MHz / sは、10 MHz信号のサイクルあたり5回の測定に相当します）。

次に、入力信号が強く減衰しているため（帯域幅が低すぎるため）、サイクルあたり5サンプルのみ（サンプリングレートのため）でスコープが何を見ているかを考えます。