О частоте дискретизации

Частота дискретизации измеряется в количестве отсчетов в единицу времени[17], и характеризует частоту, с которой сигнал фиксируется и оцифровывается АЦП. Согласно теореме Найквиста (Котельникова), частота дискретизации должна быть как минимум вдвое больше самой высокой частоты сигнала для того, чтобы измеряемый сигнал был оцифрован с достаточной точностью.

Эта теорема говорит только о безошибочном представлении частоты сигнала, но не о точном воспроизведении его формы. Если при дискретизации необходимо воспроизвести форму сигнала, то частота выборок должна превышать частоту Найквиста.

Чем больше частота дискретизации, тем точнее передаются детали измеряемого сигнала. Обычно достаточно частоты, превышающей максимальную частотную компоненту аналогового сигнала в 5-10 раз.

Цифровые осциллографы имеют 2 режима для просмотра осциллограмм: режим реального времени и эквивалентный режим. Режим работы осциллографа определяет частоту дискретизации входного сигнала. Основной режим – режим реального времени. При нем частота дискретизации автоматически задается достаточно большой, при этом для соединения точек осциллограммы используется линейная интерполяция или интерполяция со сглаживанием.

Для просмотра осциллограмм периодических сигналов предусмотрен еще один режим, который называется эквивалентным. При этом дискретизация задается генератором случайных чисел, что создает эквивалентную частоту дискретизации порядка нескольких ГГц. Обработка осциллограмм при этом занимает несколько секунд, но позволяет наблюдать осциллограммы сигналов с частотами до нескольких десятков МГц.

Более высокочастотные сигналы наблюдать бессмысленно, поскольку обычно верхняя граничная частота усилителей вертикального отклонения ограничена значением порядка нескольких десятков МГц, кроме того, триггер синхронизации на таких частотах работает неустойчиво.

Типы источников сигналов и схемы измерений

При исследовании цифровых схем встречаются задачи измерений и/или наблюдений для источников сигналов различных типов. В общем случае источники сигналов делятся на заземленные и «плавающие».

Устройства ввода аналоговых сигналов в компьютер работают и с заземленными и с «плавающими» источниками сигналов.

Заземленный источник – это такой источник, выходное напряжение которого снимается относительно заземления системы, например, относительно общей шины с нулевым потенциалом или шины заземления здания (рис. 1.3). Подобный источник имеет общую «землю» с измерительным прибором. Наиболее распространенными заземленными источниками сигналов являются устройства, которые через настенную розетку питания подключаются к заземлению здания, например, генераторы сигналов и источники питания.

Примечание. Обычно общие цепи («земли») двух независимо заземленных источников имеют разные потенциалы. Разность потенциалов между общими выводами двух приборов, подключенных к системе заземления одного и того же здания, составляет от 10 до 200 мВ. Если силовая подводка электроэнергии выполнена неправильно, эта разность может быть и выше. В подобных ситуациях говорят о паразитных контурах заземления.

Рис. 1.3. Заземленный источник сигнала (Ground – земля)

У плавающего источника сигнала выходное напряжение не связано с общей цепью заземления (рис. 1.4). Распространенными примерами плавающих источников являются гальванические элементы, термопары, трансформаторы и изолирующие усилители. Обратите внимание на то, что на рис. 1.4 ни один вывод источника не подключен к выводу заземления, как у источника на рис. 1.3, поэтому выходной сигнал плавающего источника не зависит от системы заземления.