פתרונות יישום ועיצוב מעגלים של אוסילוסקופ אלקטרוני דיגיטלי
אוסילוסקופים אלקטרוניים הם מכשירים בשימוש נרחב על ידי מהנדסים במעבדות, במפעלים ובאתר. למעשה, אוסילוסקופים אלקטרוניים הם גם המוצרים עם נפח המכירות הגדול ביותר ונפח המכירות הגבוה ביותר מבין מכשירי הבדיקה והמדידה האלקטרוניים. מסוף שנות ה-30 ועד תחילת שנות ה-40, מונע על ידי השווקים המתפתחים במהירות של שידורי טלוויזיה וטווח מכ"ם, האוסילוסקופ האלקטרוני האנלוגי הושלם למעשה וחולק לארבעה חלקים: הגברה אנכית, סריקה אופקית, סנכרון טריגר ותצוגת שפופרת אוסצילוסקופ (CRT) . . רוחב הפס בזמן אמת של אוסילוסקופים אלקטרוניים אנלוגיים הגיע לשיא של 1000MHz בשנות ה-70. עם הופעת הטכנולוגיה הדיגיטלית והמעגלים המשולבים, אוסילוסקופים אלקטרוניים אנלוגיים שנשלטו על ידי צינורות ואקום ומעגלי מגבר פס רחב הוחלפו בהדרגה באוסילוסקופים אלקטרוניים דיגיטליים החל משנות ה-80. עם ההתפתחות הנפיצה של שווקי טכנולוגיית המידע והתקשורת הדיגיטלית, רוחב הפס בזמן אמת של אוסילוסקופים אלקטרוניים דיגיטליים עלה על 1GHz בשנות ה-90. בשנות ה-2010 של המאה ה-21, גם אוסילוסקופים אלקטרוניים דיגיטליים עשו קפיצת מדרגה, עם רוחב פס בזמן אמת העולה על 10GHz ורוחב פס דגימה שווה ערך מגיע ל-100GHz.
מבנה המעגל של אוסילוסקופ אלקטרוני דיגיטלי פשוט יותר מזה של אוסילוסקופ אלקטרוני אנלוגי. הוא מורכב בעיקר מארבעה חלקים: ממיר אנלוגי/דיגיטלי (ADC), אחסון/מעבד צורות גל, ממיר דיגיטלי/אנלוגי (DAC) ותצוגת צורות גל גביש נוזלי (LCD). אוסילוסקופים אלקטרוניים אנלוגיים צריכים לקבל תגובה בפס רחב מהקצה הקדמי של כניסת האות לקצה האחורי של תצוגת צורת הגל. עם זאת, אוסילוסקופים אלקטרוניים דיגיטליים צריכים רק שהממיר האנלוגי/דיגיטלי הקדמי יקבל את אותה תגובת פס רחב כמו אות הכניסה, ואז תגובת התדר של מעגלים שונים מצטמצמת בהתאם. על פי עקרון הדגימה, בתנאים אופטימליים, תדר הדגימה שווה לפי 2 מהתדר הגבוה ביותר של האות האנלוגי המבוא. לאחר סינון ועיבוד המידע הדיגיטלי של פלט ה-ADC על ידי ה-DAC, ניתן לשחזר את צורת הגל של אות הכניסה. ברור שתדר השעון של ה-DAC יכול להיות נמוך בהרבה מתדר הדגימה של ה-ADC. בנוסף, על מנת לצמצם אותות כינוי הנגרמים על ידי סינון ועיבוד אותות, תדר הדגימה בפועל המשמש את ה-ADC של האוסילוסקופ הדיגיטלי האלקטרוני הוא פי 4 ולא פי 2 מהתדר הגבוה ביותר של אות הקלט האנלוגי.
נכון לעכשיו, תדר הדגימה של ADC ברמה הגבוהה ביותר מגיע ל-20GHz והרזולוציה היא 8 סיביות. אם נעשה שימוש בשני ADCs עם תדר דגימה של 20GHz ומוצבים על ציר הזמן, תתקבל פונקציית ADC מקבילה ברזולוציה של 8 סיביות ותדירות דגימה של 40GHz. במילים אחרות, עם ADC עם תדר דגימה של 20GHz, ניתן להשיג רוחב פס יישום של 10GHz, אך הרזולוציה היא רק 8 סיביות. אם מותר להפחית את קצב הדגימה של ה-ADC, לא קשה להגדיל את הרזולוציה של ה-ADC. לדוגמה, ADC עם קצב דגימה של 1MHz יכול להשיג 28-רזולוציית סיביות. אוסילוסקופים אלקטרוניים דיגיטליים עם רוחב פס בזמן אמת של יותר מ-100 מגה-הרץ מאמצים באופן מלא 8-רזולוציית סיביות. על מנת לשפר את הרזולוציה, ניתן לבצע ממוצע של מספר דגימות, אך גם זמן המדידה גדל בהתאם. אוסילוסקופים אלקטרוניים דיגיטליים עם רוחב פס בזמן אמת של פחות מ-100MHz יכולים לספק מוצרים עם רזולוציות של 8-bit, 10-bit ו-16-bit או יותר.
