Độ sâu bộ nhớ và tốc độ lấy mẫu trong Máy hiện sóng

Đầu tiên chúng ta có thể thấy được rằng, mục đích chính của máy hiện sóng chính là hiển thị các đặc tính của một tín hiệu từ thiết bị hoặc dụng cụ mong muốn. Để đạt được điều đó, máy hiện sóng thu nhận tín hiệu thông qua cổng đầu vào. Sau đó, tín hiệu được khuếch đại hoặc làm suy giảm tùy theo yêu cầu. Sau giai đoạn này, tín hiệu được số hóa bởi bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) và có thể được lưu trữ trong bộ nhớ.

Trong một máy hiện sóng số, lưu trữ là một khái niệm quan trọng. Lưu trữ chỉ có thể được thực hiện khi có bộ nhớ. Bộ nhớ luôn luôn có một thông số đặc trưng là độ sâu. Vậy thì có một câu hỏi đặt ra là có phải bộ nhớ càng lớn thì càng tốt? Câu trả lời không phải lúc nào cũng như chúng ta nghĩ.

Một trong những thông số quan trọng trong máy hiện sóng đó chính là độ sâu bộ nhớ và nó luôn được tìm thấy trong các thông số kĩ thuật.

Ví dụ: Độ sâu bộ nhớ của máy hiện sóng của Hãng Keysight Technologies DSOS054A là 800 Mpts

Vậy thì bộ nhớ thu lớn có những lợi ích gì? Với một bộ nhớ lớn hơn, ta có thể duy trì tốc độ lấy mẫu cao trong một khoảng thời gian dài. Tốc độ lấy mẫu càng cao thì ta càng có nhiều cơ hội để tìm ra các dạng sóng tồi. Do đó, hiệu quả băng thông của máy hiện sóng được cải thiện đáng kể.

Tuy nhiên, vẫn tồn tại nhược điểm của độ sâu bộ nhớ lớn đó chính là trong một số điều kiện nhất định, nó làm chậm máy hiện sóng. Nếu thiết bị xử lý trung tâm không thể theo kịp với yêu cầu của bộ nhớ sâu thì sẽ sinh ra nhiều khoảng thời gian chết. Khoảng thời gian chết có liên quan đến tốc độ cập nhật, là một khoảng thời gian của một máy hiện sóng cần để kích hoạt, xử lý các dữ liệu bắt được và cuối cùng làm cho dữ liệu hiển thị trên màn hình. Hơn nữa, khi chúng ta cần sửa lỗi, nếu máy hiện sóng có khoảng thời gian chết cao thì nó có thể không bắt được các sự kiện xảy ra không thường xuyên. Chính vì vậy thời gian cập nhật càng ngắn càng tốt. Do đó, chúng ta có thể nói rằng bộ nhớ sâu có thể làm suy giảm hiệu suất của máy hiện sóng.

Để hiểu rõ hơn, chúng ta cần lưu ý biểu thức bên dưới:

Thời gian đo = Độ sâu bộ nhớ/ Tần số lấy mẫu

Một số máy hiện sóng sử dụng các phương tiện đặc biệt để giữ tốc độ lấy mẫu ở mức cao mà vẫn sử dụng bộ nhớ sâu. Chúng sử dụng bộ tăng tốc phần cứng để tăng tốc độ lấy mẫu hơn nhanh hơn một máy hiện sóng 10 K mẫu điển hình tại tất cả dải thời gian cơ sở dài hơn 100 nsec/div

Bộ nhớ càng sâu cho phép tốc độ lấy mẫu càng cao. Nếu bộ nhớ càng lớn, nó cho phép đo lường một tín hiệu lớn hơn. Thế nhưng với bộ nhớ lớn hơn sẽ tăng thời gian cập nhật và làm máy hiện sóng hoạt động chậm hơn. Vấn đề nảy sinh trong tình huống này chính là các sự kiện dạng sóng quan trọng có thể bị bỏ qua. Chúng ta có thể sử dụng các phương pháp kích hoạt thay thế để giảm thiểu vấn đề này.

Độ sâu bộ nhớ có mối liên hệ với tốc độ lấy mẫu, vấn đề này rất được quan tâm bởi người sử dụng các thiết bị. Mối quan hệ giữa độ sâu bộ nhớ và tốc độ lấy mẫu được mô tả như bên dưới:

(Độ sâu bộ nhớ/ khoảng thời gian trên độ chia) x Số lượng độ chia = Tốc độ lấy mẫu

Có một điều cần phải lưu ý đó chính là máy hiện sóng số không phải lúc nào cũng lấy mẫu tại tỉ lệ lấy mẫu tối đa. Độ chính xác mà các tín hiệu tương tự đầu vào được hiển thị phụ thuộc vào độ sâu của bộ nhớ thu trái ngược với đỉnh của tốc độ lấy mẫu.

Một vấn đề khác cần lưu ý nữa chính là nếu tín hiệu để hiển thị thực tế, tốc độ lấy mẫu nên vượt quá thành phần tần số cao nhất của tín hiệu. Tốc độ Nyquist (được xây dựng bởi Nyquist năm 1928) là giới hạn thấp hơn để lấy mẫu tín hiệu mà không bị hiệu ứng răng cưa. Vấn đề ở đây chính là khi hàm liên tục được lấy mẫu tại tốc độ không đổi, các chức năng khác cũng phù hợp với kết quả lấy mẫu. Bằng việc giữ ổn định trên tốc độ Nyquist, hiệu ứng răng cưa sẽ được giảm thiểu.

Nguồn: RSI

Từ các vấn đề nêu trên ta có thể kết luận được rằng: Độ sâu bộ nhớ không phải càng lớn càng tốt.