اخبار شرکت غلبه بر محدودیت‌های پهنای باند در اسیلوسکوپ‌ها برای اندازه‌گیری‌های دقیق

در جعبه ابزار یک مهندس الکترونیک، اسیلوسکوپ به عنوان یکی از ضروری‌ترین ابزارها قرار دارد. این دستگاه، همانند یک پزشک باتجربه عمل می‌کند و می‌تواند سیگنال‌های الکتریکی درون مدارها را "ببیند" و نمایش‌های بصری از تغییرات ولتاژ در طول زمان ارائه دهد. اسیلوسکوپ‌ها، چه در عیب‌یابی مدارهای پیچیده و چه در تجزیه و تحلیل کیفیت سیگنال، نقشی ضروری ایفا می‌کنند.

با این حال، مانند هر ابزار دقیقی، اسیلوسکوپ‌ها محدودیت‌هایی دارند. عملکرد آن‌ها توسط عوامل مختلفی محدود می‌شود که پهنای باند یکی از مهم‌ترین و در عین حال، اغلب سوءتفاهم‌شده‌ترین پارامترها است. این آستانه نامرئی، محدوده فرکانسی را تعیین می‌کند که اسیلوسکوپ می‌تواند با دقت اندازه‌گیری کند. هنگامی که فرکانس‌های سیگنال از این حد فراتر می‌روند، دامنه نمایش داده شده تضعیف می‌شود و به طور بالقوه منجر به اندازه‌گیری‌های تحریف‌شده و قضاوت‌های مهندسی نادرست می‌شود.

پهنای باند اسیلوسکوپ به حد بالایی فرکانس اشاره دارد که در آن ابزار می‌تواند اندازه‌گیری‌های دقیقی را حفظ کند. از نظر فنی، این نقطه فرکانسی را نشان می‌دهد که در آن دامنه سیگنال ورودی سینوسی در 70.7٪ از مقدار اصلی خود (نقطه -3dB) نمایش داده می‌شود. این استاندارد از محاسبات توان ناشی می‌شود - از آنجایی که توان با مربع ولتاژ مرتبط است، افت ولتاژ 70.7٪ معادل 50٪ کاهش توان (-3dB) است.

به عنوان مثال، یک اسیلوسکوپ با پهنای باند 100 مگاهرتز، یک موج سینوسی 100 مگاهرتزی را در 70.7٪ از دامنه واقعی خود نمایش می‌دهد. سیگنال‌های فراتر از این فرکانس، تضعیف بیشتری را تجربه می‌کنند.

محدودیت‌های پهنای باند ناشی از ویژگی‌های فیزیکی ذاتی مدارهای اسیلوسکوپ است:

• تقویت‌کننده‌ها/تضعیف‌کننده‌ها: این اجزا، سطوح سیگنال را برای نمایش تنظیم می‌کنند، اما ظرفیت‌های ترانزیستور و القاگری‌ها باعث کاهش بهره در فرکانس‌های بالاتر می‌شوند.
• اثرات خازنی/القایی: خازن‌های داخلی، امپدانس کاهشی را با افزایش فرکانس نشان می‌دهند، در حالی که القاگرها رفتار متضادی را نشان می‌دهند و به طور جمعی باعث تحریف انتقال سیگنال می‌شوند.
• ردیابی PCB: حتی مسیرهای برد مدار چاپی، القاگری/ظرفیت وابسته به فرکانس را نشان می‌دهند که بر یکپارچگی سیگنال تأثیر می‌گذارد.

پهنای باند مستقیماً بر اعتبار اندازه‌گیری تأثیر می‌گذارد. عیب‌یابی یک سیگنال ساعت 500 مگاهرتزی را با یک اسیلوسکوپ 100 مگاهرتزی در نظر بگیرید - نمایشگر به شدت تضعیف شده ممکن است قدرت سیگنال ناکافی را نشان دهد و به طور بالقوه باعث اصلاحات نادرست مدار شود. بدتر از آن، هارمونیک‌های با فرکانس بالا ممکن است به عنوان فرکانس‌های پایین‌تر مستعار شوند و تفسیر نادرست را تشدید کنند.

یک موج مربعی 500 مگاهرتزی حاوی هارمونیک‌هایی در 1 گیگاهرتز، 1.5 گیگاهرتز و غیره است. پهنای باند ناکافی می‌تواند این اجزا را به خوانش‌های نادرست با فرکانس پایین تبدیل کند.

مهندسان می‌توانند محدودیت‌های پهنای باند را از طریق چندین رویکرد کاهش دهند:

• انتخاب پهنای باند: "قانون 5 برابری" را اعمال کنید - اسیلوسکوپ‌هایی را با پهنای باند ≥5× بالاترین مؤلفه فرکانس سیگنال خود انتخاب کنید. برای سیگنال‌های 100 مگاهرتزی، ابزارهای 500 مگاهرتزی را انتخاب کنید.
• ملاحظات پروب: از پروب‌هایی استفاده کنید که با پهنای باند اسیلوسکوپ مطابقت داشته یا از آن فراتر روند. اتصالات را با سیم‌های اتصال کوتاه زمین بهینه کنید تا نویز به حداقل برسد.
• Over-sampling: اسیلوسکوپ‌های پیشرفته ممکن است از oversampling سخت‌افزاری (نمونه‌برداری بالاتر از نرخ‌های Nyquist) برای بهبود دقت بازسازی استفاده کنند.
• برابرسازی: واحدهای پیشرفته، تحریف ناشی از پهنای باند را از طریق پیش‌پردازش سیگنال جبران می‌کنند.
• کالیبراسیون پاسخ فرکانسی: برخی از ابزارها، تصحیح برای ویژگی‌های پاسخ خاص خود را ارائه می‌دهند.

• اولویت دادن به اسیلوسکوپ‌ها با پهنای باند ≥5× فرکانس‌های سیگنال
• استفاده از پروب‌های با کارایی بالا با تطبیق امپدانس مناسب
• پیاده‌سازی اندازه‌گیری‌های دیفرانسیل برای رد نویز حالت مشترک
• اعمال تکنیک‌های de-embedding برای حذف مصنوعات کانکتور/کابل

درک محدودیت‌های پهنای باند اسیلوسکوپ، مهندسان را قادر می‌سازد تا انتخاب‌های آگاهانه تجهیزات و تفسیرهای اندازه‌گیری را انجام دهند، که به ویژه برای تجزیه و تحلیل مدار با سرعت بالا بسیار مهم است. در حالی که اسیلوسکوپ‌ها ابزارهای تشخیصی قدرتمندی باقی می‌مانند، اثربخشی آن‌ها در نهایت به دانش فنی و مهارت‌های تحلیلی کاربر بستگی دارد.