چه میزان نمونه برداری برای اندازه گیری انواع سیگنال ها با اسیلوسکوپ لازم است؟
ما یک سیگنال را از طریق پروب به اسیلوسکوپ وارد می کنیم. پس از عبور سیگنال اندازه گیری شده از مدارهای تقویت، تضعیف و سایر مدارهای تهویه سیگنال در انتهای جلوی اسیلوسکوپ، مبدل پر سرعت ADC آنالوگ به دیجیتال نمونه برداری سیگنال و کوانتیزاسیون دیجیتال را انجام می دهد. نرخ نمونه برداری اسیلوسکوپ تبدیل آنالوگ به دیجیتال سیگنال ورودی است. فرکانس ساعت نمونهبرداری در طول تبدیل، به زبان ساده، فاصله نمونهبرداری است. در هر بازه نمونه برداری یک نقطه نمونه برداری جمع آوری می شود. برای مثال نرخ نمونه برداری 1GSa/s به این معنی است که اسیلوسکوپ توانایی جمع آوری 1 میلیارد نقطه نمونه برداری در ثانیه را دارد. در این زمان فاصله نمونه برداری آن 1 نانوثانیه است.
برای اسیلوسکوپ های بلادرنگ، در حال حاضر از روش نمونه گیری بلادرنگ استفاده می شود. به اصطلاح نمونه برداری بلادرنگ عبارت است از انجام نمونه برداری مداوم با سرعت بالا در فواصل مساوی بر روی سیگنال شکل موج اندازه گیری شده و سپس بازسازی یا بازیابی شکل موج بر اساس این نقاط نمونه نمونه برداری پیوسته. در فرآیند نمونه برداری بلادرنگ، بسیار مهم است که اطمینان حاصل شود که نرخ نمونه برداری اسیلوسکوپ بسیار سریعتر از تغییر سیگنال اندازه گیری شده است.
پس چقدر سریعتر است؟ قانون Nyquist در پردازش سیگنال دیجیتال می گوید که اگر پهنای باند سیگنال اندازه گیری شده محدود باشد، در هنگام نمونه برداری و کمی سازی سیگنال، اگر نرخ نمونه برداری بیش از دو برابر پهنای باند سیگنال اندازه گیری شده باشد، می توان آن را به طور کامل بازسازی کرد یا بازیابی اطلاعات حمل شده در سیگنال بدون نام مستعار.
در مرحله بعد، آهنگ زمان را کوچکتر می کنیم، به طوری که نرخ نمونه برداری بزرگتر می شود. نرخ نمونه برداری را تا زمانی تنظیم می کنیم که نرخ نمونه برداری 2 برابر و 10 برابر فرکانس سیگنال باشد تا تغییرات سیگنال را مشاهده کنیم، یعنی 2MSa/s و 10MSa/s. سیگنال سمت چپ در شکل زیر با نرخ نمونه برداری 2MSa/s است. می بینید که فرکانس سیگنال دوباره به 1 مگاهرتز تغییر کرده است که مقدار فرکانس صحیح سیگنال است. اما موج سینوسی اولیه به یک موج مثلثی تبدیل شده و شکل موج مخدوش شده است. هنگامی که نرخ نمونه برداری به 10MSa/s تغییر می کند، که سیگنال سمت راست شکل زیر است، می بینید که سیگنال به موج سینوسی نزدیک و نزدیکتر می شود، اما هنوز خیلی زیبا نیست.
