ОСЦИЛЛОГРАФЫ. ВЕРТИКАЛЬНОЕ РАЗРЕШЕНИЕ. ЧТО ЭТО? ЧАСТЬ 4

Магазин Gtest® предлагает широкую номенклатуру осциллографов на приводимой страничке сайта в самом конце настоящего Раздела, а также рекомендуемые приборы и статьи для самообразования

Ширина полосы пропускания по уровню 3 дБ как доля частоты Найквиста такого количества каскадных секций находится путём решения:

Улучшение бит для некоторого количества этапов показано в Таблице 1. На практике нам не нравится иметь дробные улучшения бит, поэтому вместо каскадирования усредняющих этапов мы находим дробное значение S, которое обеспечивает желаемое улучшение бит, и просто находим фильтр, который соответствует отклику. Таким образом, битовые улучшения и количество стадий для этих улучшений сведены в Таблицу 2. Когда фильтры ERES вычисляются, мы обнаруживаем, что нам нужно очень большое количество стадий и, следовательно, очень длинные фильтры. На практике большинство коэффициентов фильтра незначительны, поскольку большое количество каскадов лучше приближает истинную гауссову форму, и мы знаем, что хвосты гауссовской функции, как правило, имеют очень малые значения. Эти отклики фильтра показаны во временной области на Рисунке 5 и в частотной области на Рисунке 6 (см. осциллографы: вертикальное разрешение, часть 3).

Этапы	Коэффициент (S)	Улучшение битов	Пропускная способность (доля скорости Найквиста)
1	1/2	0.5	0.5
2	3/8	0.708	0.364
3	5/16	0.839	0.3
4	35/128	0.935	0.261
5	63/256	1.011	0.234
6	231/1024	1.074	0.214
7	429/2048	1.128	0.199

Таблица 1 - Улучшение битов ERES в зависимости от этапов

Этапы	Коэффициент (S)	Улучшение битов	Пропускная способность (доля скорости Найквиста)
1	1/2	0.5	0.5
2	1/4	1	0.238
3	1/8	1.5	0.118
4	1/16	2	0.059
5	1/32	2.5	0.029
6	1/64	3	0.015
7	1/128	3.5	0.007

Таблица 2 - Улучшения бит ERES с шагом 0,5 бита

Рисунок 7 - Стандарт 40 Гвыб/с, восьмибитное временное чередование

Временное и вертикальное чередование

В этом разделе будут обсуждаться некоторые стратегии развёртывания АЦП для улучшения разрешения. Чаще всего АЦП развёртываются в схеме с временным чередованием для улучшения частоты дискретизации и устранения практических ограничений скорости отдельных АЦП. На рисунке 7 мы видим типичную ситуацию объединения АЦП для временного чередования. Здесь у нас есть восемь АЦП 5 Гвыб/с, расположенных таким образом, что их тактовые частоты выборки 5 ГГц задерживаются на долю фазы выборки 5 ГГц. Каждый АЦП смещён на одинаковую величину. Выборки АЦП 0 - с заданной частотой выборки, выборки АЦП 1 - на одну восьмую периода позже, выборки АЦП 2 - на одну четверть периода выборки позже и так далее. После того как данные получены, данные каждого АЦП объединяются вместе в надлежащем временном порядке, образуя эффективное получение 40 Гвыб/с.

В рамках подготовки к последующему обсуждению на рисунке 8 мы показываем концептуальную схему размещения N АЦП как по времени, так и по смещению. Здесь у нас есть N² возможных мест развёртывания для N АЦП. Любой из N АЦП может быть размещён в любом из мест (даже перекрываясь), смещённым на кратные 1/N восьмибитного кода по вертикали или индивидуального периода выборки АЦП по горизонтали. Традиционная схема с временным чередованием, проиллюстрированная на рисунке 7, показана с использованием этой концептуальной схемы на рисунке 9.

В то время как восемь АЦП, все размещённые в схеме с временным чередованием, являются одной крайностью, которая обеспечивает максимальную частоту выборки 40 Гвыб/с, но ограничены восьмибитным разрешением каждого АЦП, на рисунке 10 показана противоположная крайность. В этой компоновке все восемь АЦП выполняют выборку одновременно, но каждый смещён на одну восьмую кода. Это даёт в результате 5 Гвыб/с захвата, который может обеспечить восемь уровней между каждым из восьмибитных кодов, тем самым расширяя разрешение до одиннадцати бит, хотя и с серьёзным снижением частоты дискретизации.

Рисунок 8 - Концептуальные места развёртывания АЦП. Фаза выборки (тактовой частоты выборки АЦП).

Рисунок 9 - Концептуальное 40 Гвыб/с, восьмибитное временное чередование. Фаза выборки (5 ГГц тактовой частоты выборки).

Рисунок 10 - Концептуальное 5 Гвыб/с, одиннадцатибитное вертикальное чередование. Фаза выборки (5 ГГц тактовой частоты выборки).

Мы показали здесь, что существует компромисс, который может быть достигнут в том, как ресурсы АЦП используются между частотой дискретизации и разрешением. Важно понимать, как этот компромисс может быть рассмотрен.

Продолжение следует…

осциллографы: вертикальное разрешение, часть 5

Магазин Gtest® - авторизованный поставщик осциллографов в Украину: купить осциллограф в Украине