Qual taxa de amostragem é necessária para medir vários tipos de sinais com um osciloscópio?
Entramos um sinal no osciloscópio através da ponta de prova. Depois que o sinal medido passa pelos circuitos de amplificação, atenuação e outros circuitos de condicionamento de sinal na extremidade frontal do osciloscópio, o conversor analógico-digital ADC de alta velocidade realiza amostragem de sinal e quantização digital. A taxa de amostragem do osciloscópio é a conversão analógico-digital do sinal de entrada. A frequência do relógio de amostragem durante a conversão é, em termos leigos, o intervalo de amostragem. Um ponto de amostragem é coletado em cada intervalo de amostragem. Por exemplo, uma taxa de amostragem de 1GSa/s significa que o osciloscópio tem a capacidade de coletar 1 bilhão de pontos de amostragem por segundo. Neste momento, seu intervalo de amostragem é de 1 nanossegundo.
Para osciloscópios de tempo real, o método de amostragem em tempo real é comumente usado atualmente. A chamada amostragem em tempo real consiste em realizar amostragem contínua de alta velocidade em intervalos iguais no sinal da forma de onda medida e, em seguida, reconstruir ou restaurar a forma de onda com base nesses pontos de amostra amostrados continuamente. No processo de amostragem em tempo real, é muito importante garantir que a taxa de amostragem do osciloscópio seja muito mais rápida do que a mudança do sinal que está sendo medido.
Então, quão mais rápido é? A lei de Nyquist no processamento de sinal digital diz que se a largura de banda do sinal que está sendo medido for limitada, então, ao amostrar e quantizar o sinal, se a taxa de amostragem for maior que o dobro da largura de banda do sinal que está sendo medido, ele pode ser completamente reconstruído ou recuperar as informações transportadas no sinal sem alias.
A seguir, diminuiremos o tom de tempo, para que a taxa de amostragem se torne maior. Ajustaremos a taxa de amostragem até que a taxa de amostragem seja 2 vezes e 10 vezes a frequência do sinal para observar as mudanças do sinal, ou seja, 2MSa/s e 10MSa/s. O sinal à esquerda na figura abaixo está a uma taxa de amostragem de 2MSa/s. Você pode ver que a frequência do sinal mudou de volta para 1 MHz, que é o valor correto da frequência do sinal. Mas a onda senoidal original tornou-se uma onda triangular e a forma de onda foi distorcida. Quando a taxa de amostragem muda para 10MSa/s, que é o sinal do lado direito da figura abaixo, você pode ver que o sinal está cada vez mais próximo de uma onda senoidal, mas ainda não é muito bonito.
