¿Qué determina la resolución vertical de un osciloscopio de almacenamiento digital?

Concepto de resolución vertical

El primer paso para medir señales analógicas con un osciloscopio digital es utilizar un ADC (convertidor analógico a digital) para convertir la señal analógica recibida por la sonda en una señal digital La resolución del chip de conversión de digital a analógico determina directamente la precisión de muestreo del osciloscopio en la dirección vertical. Por ejemplo, si el ADC es de 8 bits, entonces la señal en la dirección vertical se puede dividir en 00000000~11111111-***2 a la octava potencia, 256 segmentos. La resolución vertical del convertidor analógico a digital es la resolución vertical del osciloscopio digital, que representa la precisión con la que el osciloscopio convierte el voltaje de entrada en un valor digital.

Qué determina la resolución vertical mostrada por el osciloscopio digital

La prioridad es de mayor a menor

1 La resolución del ADC frontal

2. Resolución de pantalla: Determina qué parte de la señal procesada se puede mostrar. Por ejemplo, aunque el ADC puede mostrar 256 segmentos en la dirección vertical, la resolución de la pantalla puede tener solo 240 píxeles verticalmente, por lo que algunos de los píxeles se fusionarán en un solo píxel para su visualización.

3. Algoritmo de interpolación: en un osciloscopio real, los puntos de píxeles que se muestran arriba no necesariamente se generan mediante muestreo real. Algunos de ellos son puntos virtuales calculados mediante el algoritmo de interpolación. La diferencia entre los puntos y los puntos reales es relativamente pequeña.

Precisión vertical

Cuando utilizamos el mismo osciloscopio para medir la misma señal en diferentes engranajes verticales, los resultados de medición obtenidos suelen ser diferentes.

Por ejemplo, si medimos una señal de onda cuadrada de 2V, cuando el engranaje vertical es de 2V, la amplitud medida puede ser de 1.960V.

Cuando la escala vertical es de 500mV, la amplitud medida es de 1.980V.

¿A qué se debe esto? Debido a que se trata de la cuestión de la resolución vertical, suponiendo que cuando la escala vertical es 500 mV/div, el osciloscopio tiene 10 divisiones en la dirección vertical, entonces su resolución vertical está determinada por la resolución del ADC, que es (500 mV*10) /256= 19.531mV, es decir, el ADC no puede resolver señales de voltaje menores a 19.531mV. Al medir la misma señal, cuando la escala vertical es 2V/div, la señal que el ADC puede resolver es (2000mV*10)/256=78.125mV. No se pueden medir señales menores que este valor de voltaje, es decir, instrumentos de medición digitales. no se puede Hay un error de cuantificación en la colección. Cuanto mayor sea el número de bits en el ADC, menor será el error de cuantificación, pero solo se puede reducir infinitamente y no se puede eliminar.

Entonces, cuando medimos la forma de onda, intentamos que la forma de onda llene la pantalla del osciloscopio. El propósito es mejorar la precisión vertical y hacer que los resultados de la medición sean más precisos.

Mejorar la resolución cambiando el algoritmo

Cuanto mayor sea el número de bits ADC en un osciloscopio digital, mayor será la resolución vertical. Esta resolución está determinada por el hardware y no se puede cambiar una vez. determinado. Sin embargo, la resolución formada por el número efectivo de dígitos de todo el sistema de osciloscopio es diferente a la anterior. Podemos mejorar la resolución mediante software.

En la actualidad, el método más común utilizado por la mayoría de los osciloscopios para mejorar la resolución después de muestrear el ADC es utilizar el "promediado".

En el modo de muestreo promedio, primero puede establecer un número de promedio N y luego el osciloscopio alineará las N formas de onda recopiladas de acuerdo con la posición del disparador, promediará las N formas de onda y finalmente obtendrá un promedio de las N formas de onda posteriores. forma de onda.

Este método de muestreo reduce el ruido aleatorio sin perder ancho de banda. La resolución del sistema de osciloscopio mejorará, pero el modo promedio tardará mucho en responder a la forma de onda cambiante, sacrificando la velocidad del osciloscopio. A cambio de una mayor resolución, y debido a la particularidad de su método de procesamiento, las señales de forma de onda para las que es adecuado sólo pueden ser señales periódicas.

Resumen

La resolución vertical de la pantalla del osciloscopio es inherentemente limitada. Además, al medir señales de alta frecuencia, la amplitud en sí es inexacta e incluso hay un error de 30. % en la frecuencia límite superior, y si la resolución vertical es demasiado alta, aumentará el tiempo de conversión de analógico a digital, afectará la frecuencia de muestreo y luego afectará el ancho de banda, lo que no vale la pena. Generalmente, la resolución vertical de un osciloscopio es de 8 bits, y un osciloscopio de alta resolución puede alcanzar los 12 bits. Si no se mejora la precisión del circuito analógico del osciloscopio, no tiene sentido simplemente buscar la resolución del ADC. Si busca precisión de voltaje, debe usar un multímetro. La función principal de un osciloscopio es observar la forma de la onda. La precisión de la medición generalmente está dentro de 2. Esta precisión es completamente suficiente para la mayoría de las aplicaciones.