Lățimea de bandă f. Răspuns în frecvență, lățime de bandă și atenuare. Caracteristicile canalelor de comunicare. Zgomote

28.02.2020

Lățimea de bandă este o gamă continuă de frecvențe pentru care atenuarea nu depășește o limită predeterminată. Adică, lățimea de bandă determină domeniul de frecvență al unui semnal sinusoidal la care acest semnal este transmis pe o linie de comunicație fără distorsiuni semnificative.

Orez. 1. Lățimi de bandă de comunicare și intervale de frecvență populare

Frecvențele la care puterea semnalului de ieșire este redusă la jumătate față de semnalul de intrare sunt adesea considerate frecvențe de tăiere, ceea ce corespunde unei atenuări de -3 dB.

După cum vom vedea mai târziu, lățimea de bandă are cea mai mare influență asupra vitezei maxime posibile de transfer de informații de-a lungul unei linii de comunicație. Lățimea de bandă depinde de tipul de linie și lungimea acesteia. În fig. 1 arată lățimea de bandă a liniilor de comunicație tipuri variate, precum și intervalele de frecvență cel mai frecvent utilizate în tehnologia comunicațiilor.

Capacitatea liniei caracterizează rata maximă posibilă de transfer de date care poate fi atinsă pe această linie. Caracteristică lățime de bandă este că, pe de o parte, această caracteristică depinde de parametrii mediului fizic, iar pe de altă parte, este determinată de metoda de transmitere a datelor. Prin urmare, este imposibil să vorbim despre debitul unei legături de comunicație înainte ca protocolul de nivel fizic să fi fost definit pentru aceasta.

De exemplu, deoarece un protocol de nivel fizic este întotdeauna definit pentru liniile digitale, care specifică rata de biți a transferului de date, lățimea de bandă pentru acestea este întotdeauna cunoscută - 64 Kbit/s, 2 Mbit/s etc.

În acele cazuri în care trebuie doar să alegeți care dintre multele protocoale existente să utilizați pe o linie dată, alte caracteristici ale liniei, cum ar fi lățimea de bandă, diafonia, imunitatea la zgomot etc., sunt foarte importante.

Lățimea de bandă, ca și viteza de transfer de date, este măsurată în biți pe secundă (bps), precum și în unități derivate, cum ar fi kilobiți pe secundă (Kbps), etc.

Debitul unei linii de comunicație depinde nu numai de caracteristicile sale, cum ar fi atenuarea și lățimea de bandă, ci și de spectrul semnalelor transmise. Dacă armonicile semnificative ale semnalului (adică acele armonici ale căror amplitudini aduc contribuția principală la semnalul rezultat) se încadrează în lățimea de bandă a liniei, atunci un astfel de semnal va fi bine transmis de această linie de comunicație, iar receptorul va fi capabil să recunoască corect informațiile transmise de-a lungul liniei de către emițător (Fig. 2 A). Dacă armonicile semnificative depășesc lățimea de bandă a liniei de comunicație, atunci semnalul va începe să fie semnificativ distorsionat, iar receptorul va face greșeli la recunoașterea informațiilor (Fig. 2 b).

Pentru lățimea de bandă digitală, consultați Rata de transfer de informații

Lățime de bandă (transparență)- interval de frecvență, în cadrul căruia răspunsul amplitudine-frecvență (AFC) al unui dispozitiv acustic, radio, optic sau mecanic este suficient de uniform pentru a asigura transmisia semnalului fără distorsiuni semnificative a formei acestuia. Uneori, în locul termenului „lățime de bandă”, este folosit termenul „bandă de frecvență transmisă efectiv (ETF)”. Energia semnalului principal (cel puțin 90%) este concentrată în EPFC. Acest interval de frecvență este setat experimental pentru fiecare semnal în conformitate cu cerințele de calitate.

Parametrii de bază a lățimii de bandă

Principalii parametri care caracterizează lățimea de bandă de frecvență sunt lățimea de bandă și neuniformitatea răspunsului în frecvență în cadrul benzii.

Lățimea de bandă

Lățimea benzii de trecere este o bandă de frecvență în care neuniformitatea răspunsului în frecvență nu depășește valoarea specificată.

Lățimea de bandă este de obicei definită ca diferența dintre frecvențele de frontieră superioară și inferioară a secțiunii de răspuns în frecvență texvc nu a fost găsit; Vezi matematică/README - ajutor la configurare.): f_2 - f_1, la care amplitudinea oscilațiilor este egală Nu se poate analiza expresia (Fișier executabil texvc nu a fost găsit; Consultați math/README pentru ajutor pentru configurare.): \frac(1)(\sqrt(2))(sau echivalent Nu se poate analiza expresia (Fișier executabil texvc nu a fost găsit; Consultați matematica/README pentru ajutor pentru configurare.): \frac(1)(2) pentru putere) de la maxim. Acest nivel corespunde aproximativ la -3 dB.

Lățimea de bandă este exprimată în unități de frecvență (de exemplu, herți).

În dispozitivele de comunicații radio și de transmisie a informațiilor, creșterea lățimii de bandă permite transmiterea mai multor informații.

Neuniformitatea răspunsului în frecvență

Neuniformitatea răspunsului în frecvență caracterizează gradul abaterii acestuia de la o linie dreaptă paralelă cu axa frecvenței.

Reducerea neuniformității răspunsului în frecvență în bandă îmbunătățește reproducerea formei semnalului transmis.

Sunt:

Lățimea de bandă absolută: 2Δω = Sa
Lățimea de bandă relativă: 2Δω/ωo = Deci

Exemple specifice

Vezi si

Scrieți o recenzie despre articolul „Lățime de bandă”

Note

Cea mai cunoscută formulă din relativitatea generală este legea conservării energiei-masă

Acesta este un proiect de articol despre fizică. Puteți ajuta proiectul adăugând la el.

Extras care caracterizează lățimea de bandă

„Nu m-am gândit niciodată la asta...”, a spus ea gânditoare. – Probabil pentru că am avut suficientă căldură pentru tot restul vieții? Am fost arși pe Pământ, vezi...
- Cum l-au ars?! – Stella se uită la ea, uluită. - Chiar ars?.. - Păi, da. Doar că eram o Vrăjitoare acolo - știam multe... Ca toată familia mea. Bunicul este un Înțelept, iar mama, ea a fost cea mai puternică Înțeleaptă la acea vreme. Asta înseamnă că am văzut ceea ce alții nu au putut vedea. Ea a văzut viitorul la fel cum vedem noi prezentul. Și trecutul de asemenea... Și, în general, putea și știa multe - nimeni nu știa atât de multe. Dar oamenii obișnuiți aparent au urât asta - nu le-au plăcut prea mulți oameni „cunoașteți”... Deși, atunci când au avut nevoie de ajutor, la noi s-au adresat. Și am ajutat... Și apoi cei pe care i-am ajutat ne-au trădat...
Vrăjitoarea se uită undeva în depărtare cu ochii întunecați, pentru o clipă nevăzând sau auzind nimic în jur, plecând într-o lume îndepărtată, cunoscută numai de ea. Apoi, tremurând, a ridicat din umeri fragili, ca și cum și-ar fi amintit ceva foarte groaznic și a continuat în liniște:
„Au trecut atâtea secole și încă simt că flăcările mă devorează... Probabil de asta e „frig” aici, așa cum spui, dragă, a terminat fata, întorcându-se către Stella.
„Dar nu poți fi o Vrăjitoare!” a spus Stella încrezătoare. – Vrăjitoarele pot fi bătrâne, înfricoșătoare și foarte rele. Asta spune în basmele noastre, ce mi-a citit bunica. Și ești bun! Și atât de frumos!...
„Ei bine, basmele sunt diferite de basmele...” a zâmbit tristă vrăjitoarea. – Până la urmă, oamenii sunt cei care le creează... Și faptul că ne arată vechi și înfricoșător este probabil mai convenabil pentru cineva... E mai ușor să explici inexplicabilul și e mai ușor să provoci ostilitate... Și tu. , vor avea mai multă simpatie dacă îi ard pe cei tineri și frumoși decât pe cei bătrâni și înfricoșători, nu?
— Ei bine, îmi pare foarte rău și pentru bătrâne... doar că nu pentru cele rele, desigur, spuse Stella, coborând ochii. „Este păcat pentru orice persoană când există un sfârșit atât de teribil”, și, ridicând din umeri, ca și cum ar fi imitat o vrăjitoare, a continuat: „Te-au ars cu adevărat?!” Destul de, complet viu?.. Cât de dureros trebuie să fi fost pentru tine?!. Cum te numești?
Cuvintele se revărsau de obicei din fetiță ca o explozie de mitralieră și, neavând timp s-o opresc, mă temeam că proprietarii vor fi în cele din urmă jigniți, iar din oaspeți bineveniți ne vom transforma într-o povară pe care vor încerca să o facă. scapa de el cat mai repede.
Dar, dintr-un motiv oarecare, nimeni nu a fost jignit. Amândoi, bătrânul și frumoasa lui nepoată, răspundeau la orice întrebări cu zâmbete prietenoase și părea că din anumite motive prezența noastră le făcea cu adevărat o plăcere sinceră...
- Mă numesc Anna, dragă. Și „într-adevăr, într-adevăr” am fost complet ars o dată... Dar asta a fost cu foarte, foarte mult timp în urmă. Au trecut deja aproape cinci sute de ani pământești...
M-am uitat complet șocată la această fată uimitoare, incapabil să-mi iau ochii de la ea și am încercat să-mi imaginez ce coșmar a trebuit să îndure acest suflet uimitor de frumos și blând!...

Pe măsură ce un semnal călătorește de-a lungul unui canal de comunicație, amplitudinea acestuia scade deoarece mediul fizic rezistă fluxului de energie electrică sau electromagnetică. Acest efect este cunoscut sub numele de atenuare a semnalului. Atunci când transmit semnale electrice, unele materiale, cum ar fi cuprul, sunt conductori mai eficienți decât altele. Cu toate acestea, toți conductorii conțin impurități care rezistă mișcării constituenților lor electricitate electronii. Rezistența conductorilor face ca o parte din energia electrică a semnalului să fie convertită în energie termală pe măsură ce semnalul se deplasează de-a lungul cablului, ceea ce duce la o scădere constantă a nivelului semnal electric. Atenuarea semnalului este exprimată ca pierderea puterii semnalului pe unitatea de lungime a cablului, de obicei în decibeli pe kilometru (dB/km).

Orez. 2.5. Atenuarea semnalului

Pentru atenuare, se stabilește o limită pentru lungimea maximă a canalului de comunicație. Acest lucru se face pentru a se asigura că semnalul care ajunge la receptor are o amplitudine suficientă pentru o recunoaștere fiabilă și o interpretare corectă. Dacă un canal depășește această lungime maximă, amplificatoare sau repetoare trebuie utilizate pe toată lungimea lui pentru a restabili un nivel de semnal acceptabil.

Orez. 2.6. Repetoare de semnal

Atenuarea semnalului crește odată cu creșterea frecvenței. Acest lucru cauzează distorsiunea semnalului real care conține o gamă de frecvențe. De exemplu, un semnal digital are o margine a pulsului foarte ascuțită, care crește rapid, creând o componentă de înaltă frecvență. Cu cât creșterea este mai accentuată (mai rapidă), cu atât componenta de frecvență va fi mai mare. Acest lucru este prezentat în Fig. 2.5, unde perioada frontului semnalelor atenuate crește progresiv pe măsură ce semnalul trece prin cablu datorită atenuării mai mari a componentelor de înaltă frecvență. Această problemă poate fi depășită prin utilizarea amplificatoarelor speciale (egalizatoare), care sporesc frecvențele înalte care sunt supuse unei atenuări mai mari.

Lumina se atenuează și atunci când trece prin sticlă din aceleași motive. Energia electromagnetică (lumina) este absorbită datorită rezistenței naturale a sticlei.

2.3.3. Lățime de bandă de canal

Cantitatea de informații pe care un canal o poate transmite într-o anumită perioadă de timp este determinată de capacitatea sa de a gestiona rata de schimbare a semnalului > adică frecvența acestuia. Un semnal analogic schimbă frecvența de la minim la maxim, iar diferența lor este lățimea spectrului de frecvență al semnalului. Lățimea de bandă a unui canal analogic este diferența dintre frecvențele maxime și minime care pot fi transmise în mod fiabil de către canal. De obicei, acestea sunt frecvențele la care semnalul își pierde jumătate din putere în comparație cu nivelurile de frecvență medii sau c* la intrarea canalului; aceste frecvențe sunt desemnate ca puncte de 3 dB. În acest din urmă caz, lățimea de bandă este cunoscută ca lățime de bandă de 3 dB.

Semnalele digitale sunt formate din set mare componente de frecvență, totuși, puteți primi doar acele frecvențe care se află în lățimea de bandă a canalului. Cu cât lățimea de bandă a canalului este mai mare, cu atât rata de date poate fi mai mare și componentele cu frecvență mai mare ale semnalului pot fi transmise, astfel încât se poate obține și decodifica o reprezentare mai precisă a semnalului transmis.

Orez. 2.7. Lățimea de bandă

Orez. 2.8. Efectul lățimii de bandă asupra semnalelor digitale

Rata maximă de date (C) a unui canal poate fi determinată din capacitatea sa de transmisie folosind următoarea formulă derivată de matematicianul Nyquist.

C = 2 B log 2 M bps,

unde B este lățimea de bandă în herți; M niveluri sunt utilizate pentru fiecare element de semnal

În cazul special de utilizare a doar două niveluri, „ON” și „OFF” (binar):

M = 2 și C = 2 B.

De exemplu, rata maximă de date Nyquist pentru o legătură PSTN cu o lățime de bandă de 3100 hertzi pentru un semnal binar ar fi: 2 x 3100 = 6200 bps. În realitate, rata de date realizabilă este redusă din cauza zgomotului din canal.

2.3.4. Zgomot

Pe măsură ce semnalele trec printr-un canal de comunicare, atomii și moleculele din mediul de transmisie vibrează și emit unde electromagnetice aleatorii sub formă de zgomot. De obicei, puterea semnalului transmis este mare în comparație cu semnalul noise1. Cu toate acestea, pe măsură ce semnalul progresează și se estompează, nivelul acestuia poate deveni egal cu nivelul de zgomot. Când semnalul dorit este puțin mai mare decât zgomotul de fundal, receptorul nu poate separa datele de zgomot și apar erori de comunicare.

Un parametru important al canalului este raportul dintre puterea semnalului primit (S) și puterea semnalului de zgomot (N). Raportul S/N se numește raport semnal-zgomot și este de obicei exprimat în decibeli, prescurtat dB.

S/N = 10 log 10 (S/N) dB,

unde S este puterea semnalului în wați; N este puterea de zgomot în wați.

Un raport semnal-zgomot ridicat înseamnă că puterea semnal util ridicat în comparație cu nivelul de zgomot, ceea ce duce la calitate bună percepția semnalului. Rata maximă de date teoretică pentru un canal real poate fi calculată folosind legea Shannon-Hartley(Shannon - Hartley).

C = B log 2(1 +S/N) bps,

unde C este rata de transfer de date în bps; B este lățimea de bandă a canalului în herți; S - puterea semnalului în wați; N - puterea de zgomot în wați.

Din această formulă, puteți vedea că creșterea lățimii de bandă sau creșterea raportului semnal-zgomot vă permite să creșteți rata de date și că o creștere relativ mică a lățimii de bandă este echivalentă cu o creștere mult mai mare a raportului semnal-zgomot. .

Canale transmisie digitală utilizați lățimi de bandă largi și repetoare digitale sau regeneratoare pentru a recrea semnalele la intervale regulate, menținând raporturi acceptabile semnal-zgomot. Semnalele slăbite primite de regenerator sunt recunoscute, reconfigurate și transmise ca copii aproape exacte ale celor originale. semnale digitale, așa cum se arată în fig. 2.9. Nu există zgomot acumulat în semnal, chiar și atunci când este transmis pe mii de kilometri, atâta timp cât sunt menținute rapoarte acceptabile semnal-zgomot.

Lățimea de bandă

Pentru lățimea de bandă digitală, consultați Rata de transfer de informații

Parametrii de bază a lățimii de bandă

Principalii parametri care caracterizează lățimea de bandă de frecvență sunt lățimea de bandă și neuniformitatea răspunsului în frecvență în cadrul benzii.

Lățimea liniei

Lățimea benzii de trecere este o bandă de frecvență în care neuniformitatea răspunsului în frecvență nu depășește valoarea specificată.

Lățimea de bandă este de obicei definită ca diferența dintre frecvențele de limită superioare și inferioare ale secțiunii răspunsului în frecvență la care amplitudinea oscilației (sau pentru putere) este de la maxim. Acest nivel corespunde aproximativ la -3 dB.

Lățimea de bandă este exprimată în unități de frecvență (de exemplu, Hz).

Creșterea lățimii de bandă permite transmiterea mai multor informații.

Neuniformitatea răspunsului în frecvență

Neuniformitatea răspunsului în frecvență caracterizează gradul abaterii acestuia de la o linie dreaptă paralelă cu axa frecvenței.

Reducerea neuniformității răspunsului în frecvență în bandă îmbunătățește reproducerea formei semnalului transmis.

Sunt:

Lățimea de bandă absolută: 2Δω = Sa

Lățimea de bandă relativă: 2Δω/ωo = Deci

Exemple specifice

În teoria antenei, lățimea de bandă este gama de frecvențe la care o antenă funcționează eficient, de obicei în jurul frecvenței centrale (rezonante). Depinde de tipul de antenă și de geometria acesteia. În practică, lățimea de bandă este determinată de obicei de nivelul SWR (raportul undelor staționare). SWR CONTOR

Deoarece chiar și cel mai bun laser monocromatic emite o gamă de lungimi de undă, dispersia lărgește impulsurile pe măsură ce se propagă prin fibră și astfel distorsionează semnalele. Când se evaluează acest lucru, se folosește termenul de lățime de bandă. Lățimea de bandă este măsurată (în acest caz) în MHz/km.

Din definiția lățimii de bandă este clar că dispersia impune o limitare a domeniului de transmisie și a frecvenței superioare a semnalelor transmise.

Cerințe pentru P. p. diverse dispozitive determinat de scopul lor (de exemplu, pentru comunicare telefonică Este necesar PP 300-3400 Hz, pentru reproducerea de înaltă calitate a lucrărilor muzicale 30-16000 Hz și pentru difuzarea de televiziune - până la 8 MHz lățime).

Vezi si

Note

Fundația Wikimedia. 2010.

Lacul Sfânt
Eseu (sintaxă)

Vedeți ce este „Lățimea de bandă” în alte dicționare:

lățime de bandă Dicţionar enciclopedic

lățime de bandă- 1. Lățimea spectrului de frecvență al semnalului dintre frecvențele de tăiere superioară și inferioară 2. Intervalul de frecvență dintre cele două frecvențe de tăiere, în cadrul căruia modulul coeficientului de transmisie a sistemului este de cel puțin 0,707 din valoarea maximă... ... Ghidul tehnic al traducătorului

LĂȚIME DE BANDA- intervalul de frecvență în care dependența amplitudinii oscilațiilor la ieșirea unui dispozitiv acustic, radio sau optic de frecvența acestora este suficient de slabă pentru a asigura transmisia semnalului fără distorsiuni semnificative. latime...... Dicţionar enciclopedic mare

LĂȚIME DE BANDA- gama de frecvențe, în care trec vibrațiile prin inginerie radio, acustică, optică. și alte dispozitive, își modifică amplitudinea și alți parametri în limitele stabilite. Pentru electrice circuite din cadrul rezistenței circuitului P. (în funcție de ... ... Enciclopedie fizică

lățime de bandă- Bandwidth Bandwidth Gama de frecvență în care amplitudinea răspuns în frecvență dispozitivul acustic, radio sau optic este suficient de uniform pentru a asigura transmisia semnalului fără... ... Dicționar explicativ englez-rus despre nanotehnologie. - M.

lățime de bandă- praleidžiamoji juosta statusas T sritis automatika atitikmenys: engl. banda de trecere; interval de trecere; bandă de acces; bandă de transmisie vok. Durchlaßband, n; Durchlaßbereich, m rus. lățime de bandă, f pranc. bande de transmisie, f; bande passante, f; passe … Automatikos terminų žodynas

lățime de bandă- praleidžiamoji juosta statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. banda de trecere; bandă de transmisie vok. Durchlaßband, n; Durchlaßbereich, n rus. lățime de bandă, f pranc. bande passante, f … Fizikos terminų žodynas

Lățimea de bandă- frecvențe, intervalul de frecvență în care răspunsul în frecvență de amplitudine (AFC) al unui dispozitiv acustic, radio sau optic este suficient de uniform pentru a asigura transmisia semnalului fără... ... Marea Enciclopedie Sovietică

LĂȚIME DE BANDA- frecvenţe (în radio inginerie şi telecomunicaţii) interval de frecvenţă, în limitele căruia se află raportul dintre amplitudinea oscilaţiilor la ieşirea electrică. circuit (filtru, amplificator etc.) la amplitudinea oscilației la intrarea sa nu scade sub un anumit nivel, de obicei 1-3 dB... ... Big Enciclopedic Polytechnic Dictionary

LĂȚIME DE BANDA- intervalul de frecvență, în care dependența amplitudinii oscilațiilor la ieșirea ingineriei acustice, radio. sau optice dispozitivele din frecvența lor este suficient de slabă pentru a asigura transmisia semnalului fără a fi distorsionat. Lățimea P. p. este exprimată în Hz, ...... Științele naturii. Dicţionar enciclopedic

Lățimea de bandă efectivă a unui osciloscop digital nu este determinată doar de ADC-ul utilizat, ci și dimensiunea memoriei joacă un rol important.

Pe baza materialelor:
DE PHIL STEARNS
Tehnologii Agilent
Santa Clara, CA
http://www.agilent.com

Atunci când alegem un osciloscop pentru o anumită măsurătoare, primul lucru pe care majoritatea dintre noi îl considerăm este lățimea de bandă, deoarece trebuie să cunoaștem exact forma semnalului pe care îl observăm. La urma urmei, lățimea de bandă largă a osciloscopului asigură păstrarea componentelor spectrale și putem observa schimbări cât mai rapide ale semnalului. Vorbim în primul rând despre margini scurte ale semnalului.

Prin urmare, denumirile osciloscoapelor conțin deja informații despre lățimea lor de bandă nominală, majoritatea au informații despre lățimea de bandă în numărul lor de model; Cu toate acestea, această caracteristică revendicată din specificație descrie doar lățimea de bandă maximă a interfeței de intrare a osciloscopului. După digitizare și captare, spectrul semnalului afișat pe ecran este determinat de frecvența de eșantionare a acestuia, care, la rândul său, poate fi limitată de cantitatea de memorie a osciloscopului.

Investigarea relației dintre lățimea de bandă, rata de eșantionare și capacitatea de memorie poate oferi o perspectivă asupra compromisurilor în selectarea performanței, precum și despre cum să le atenueze efectele pentru a face măsurătorile mai fiabile.

O introducere rapidă la Dr. Nyquist

Teorema Nyquist-Shannon afirmă că un semnal poate fi reconstruit cu acuratețe dacă:
semnalul are un spectru limitat și frecvența de eșantionare este de două ori mai mare decât lățimea spectrului semnalului.

Dacă putem presupune că toate probele de semnal sunt distribuite uniform în timp, atunci orice osciloscop ar trebui să aibă o rată de eșantionare de două ori lățimea de bandă nominală pentru a evita degradarea spectrului în semnalul capturat.

Totuși, această teoremă presupune, de asemenea, un filtru care nu numai că trece toate componentele de frecvență sub limita superioară de frecvență a benzii de trecere, dar elimină și toate componentele de frecvență de deasupra acelei benzi de trecere (vezi Figura 1). Osciloscoapele de înaltă performanță cu filtrare hardware/software sunt capabile să îndeplinească această cerință. Dar pentru majoritatea osciloscoapelor, utilizarea unor astfel de filtre este, de regulă, nepractică și nedorită.

Orez. 1. Cu un filtru ideal, eșantionarea se apropie de limita teoretică a teoremei Nyquist-Shannon.

Într-un osciloscop convențional, filtrul trece-jos nu are o caracteristică de răspuns în frecvență atât de abruptă (vezi Fig. 2). Aceste filtre pot fi implementate mai economic, iar răspunsul lor în domeniul temporal este mai previzibil. Argumentul este că trebuie să utilizați rate de eșantionare mai conservatoare, supraeșantionând în raport cu lățimea de bandă cu un factor de 4x.

Orez. 2. Caracteristicile practice ale filtrului de intrare impun utilizarea unei rate de supraeșantionare mai conservatoare, de obicei de 4x.

Atâta timp cât folosim această opțiune de supraeșantionare de 4x, lățimea de bandă nominală a osciloscopului este menținută. Cu toate acestea, orice reduce rata de eșantionare va duce la aliasarea componentelor spectrale sub frecvența nominală a lățimii de bandă.

Rolul capacitatii de memorie

Capacitatea memoriei și rata de eșantionare sunt caracteristici strâns legate. Pentru că osciloscoapele au o fereastră de afișare fixă pentru orice sens specific sweep (secunde pe diviziune, s/div), există mai multe valori setate, unde timpul și memoria necesară sunt maxime. Cu toate acestea, este mai important pentru achiziția de date (eșantionare), astfel încât lățimea de bandă a osciloscopului trebuie să utilizeze toată memoria.

Un calcul simplu poate arăta câte puncte de date sunt necesare pentru a umple ecranul osciloscopului: Numărul de puncte pe formă de undă = rata de eșantionare * t/div * numărul de diviziuni, unde t/div este viteza de baleiaj selectată, secunde/diviziune.

Luați în considerare, de exemplu, un osciloscop cu o rată de eșantionare de 5-Gsample/s și un număr de diviziuni pe scară de timp de 10, măturarea setată la 100 ns/div. Atunci numărul de puncte pe formă de undă este de 5 x 10 9 puncte/s x 100 x 10 9 s/div x 10 div, rezultând 500 de puncte.

Atâta timp cât osciloscopul are suficientă memorie pentru a umple întregul ecran, rata de eșantionare poate rămâne neschimbată. Cu toate acestea, dacă rata de eșantionare este prea mare, volumul de date va depăși capacitatea maximă de memorie. În acest caz, rata de eșantionare trebuie redusă pentru a umple timpul alocat.

Modul în care rata de eșantionare scade odată cu scăderea vitezei de scanare este ușor de arătat grafic (vezi Fig. 3). Pentru două osciloscoape ipotetice cu lățime de bandă de 500 MHz, un osciloscop cu mai multă memorie ar putea suporta mai mult frecventa inalta eșantionare pentru mai multe instalații. Deci de ce contează asta? Să revenim la analiza noastră Nyquist.

Orez. 3. Frecvența de eșantionare trebuie redusă până când memoria este umplută cu suficiente date pentru a fi afișate (stânga). Reducerea eșantionării limitează eficiența lățimii de bandă a osciloscopului (dreapta).

Osciloscopul 1 supraeșantionează la debitul maxim cu un factor de 8 la toate setările s/div peste 500 ns/div (vezi Figura 3a), moment în care rata de eșantionare începe să scadă. Cu toate acestea, rata de eșantionare nu scade sub 2 G eșantioane/s (eșantionare de 4x) atunci când aliasing-ul devine o problemă. Acest lucru se întâmplă la 1 µs/div. În acel moment, orice reducere a ratei de eșantionare are ca rezultat o reducere a lățimii de bandă efectivă a osciloscopului (vezi Fig. 3b).

Consecințe

Analiza de mai sus ne conduce la trei concluzii:
Lățimea de bandă este limitată de rata efectivă de eșantionare a osciloscopului. Frecvența de eșantionare poate fi redusă la viteze mai mici de baleiaj s/div. Mărirea dimensiunii memoriei poate întârzia începerea eșantionării.

Cum afectează acest lucru alegerea osciloscopului și metodologia de testare? Ei bine, depinde foarte mult de semnalele pe care urmează să le observi.

Dacă vă petreceți cea mai mare parte a timpului cu semnale simple, cum ar fi margini și tranzitorii, este ușor de observat că alegerea unui osciloscop necesită atenție la potrivirea osciloscopului cu conținutul spectral al semnalelor dvs. - semnalele cu margini rapide necesită viteze rapide de baleiere.

Dacă doriți să observați semnale mai complexe care combină evenimente lente și rapide (cum ar fi semnalele modulate), ar trebui să luați în considerare înlocuirea unui osciloscop cu o capacitate de memorie redusă (mai puțin de 100 de mostre) cu un model cu o capacitate mare de memorie (cel puțin 1 milioane).

Dacă nu vă puteți schimba hardware-ul actual, vă puteți împărți analiza în pași gestionați. Folosiți măturări lente s/div pentru a analiza modificările lente; apoi treceți la sweep-uri mai rapide, care au o lățime de bandă a semnalului mai mare. Dacă alegeți această rută, puteți utiliza calculele de mai sus pentru a reprezenta raportul t/divbandwidth pentru osciloscopul dvs.

Pentru semnalele single-shot, compromisul dintre debit și rata efectivă de eșantionare este identic, dar modelul mental și consecințele sunt ușor diferite. Când rulați o singură dată, doriți să captați semnalul pentru o perioadă de timp cât mai lungă (conform măsurătorilor dvs.) și să o faceți cât de repede puteți. Ratele mari de eșantionare sunt importante pentru a menține fidelitatea semnalului în timp ce măriți pentru o analiză detaliată a tranzițiilor individuale. Acest lucru va permite măsurători precise atât pentru evenimente macro cât și micro într-o singură procedură de achiziție a semnalului. Dacă nu puteți menține o rată de eșantionare mare (lățime de bandă), aceste evenimente trebuie măsurate în rutine separate de achiziție a semnalului.

Concluzie

Deși informațiile prezentate aici ar trebui să ajute la înțelegerea sensului caracteristici importante osciloscoapelor, rețineți că aceasta oferă o idee destul de scurtă a relației dintre lățimea de bandă, rata de eșantionare și dimensiunea memoriei. Există mult mai multe nuanțe asociate cu conceptul de lățime de bandă, factori precum uniformitatea lățimii de bandă și frecvența de tăiere a filtrului merită mult mai multă atenție decât poate fi discutată într-un articol scurt.

Pentru a explora acest subiect mai detaliat, două note de aplicație sunt de o importanță deosebită: „Estimarea parametrilor osciloscopului: Frecvența de eșantionare vs. Precizia eșantionării: Cum să faceți cele mai precise măsurători digitale (AN-1587)” și „Selectarea unui osciloscop potrivit Lățimea de bandă pentru aplicațiile dvs. ( AN-1588)". Ambele note de aplicație pot fi găsite pe Internet la http://www.agilent.com folosind funcția de căutare a site-ului.

obține Informații suplimentare despre osciloscoape pot fi găsite la http://www.electronicproducts.com/testmeasure.asp