Steve Roach. Нормализация входного сигнала осциллографа и творческое начало (перевод)

Требования к параметрам сигналов в осциллографах

Большую часть моей инженерной карьеры я провёл за разработкой аналоговых модулей для цифровых осциллографов. Цифровые осциллографы - это в значительной степени совершенное и самодостаточное царство измерения и обработки сигналов, но на своих входных клеммах инструмент встречается с неприветливым реальным миром. Входная электроника прибора, занимающаяся нормированием сигналов и называемая иногда "front-end", включает делитель, входной буфер с высоким входным сопротивлением и предусилитель. Типовая конфигурация входной части прибора вместе с требованиями к параметрам изображена на рисунке 7-1.

[* Иллюстрации взяты из сканированного варианта книги. Качество их, мягко говоря, не впечатляет, но, что есть. Будет время поправлю.

Текст в квадратных скобках, выделенный фоновым цветом аналогично этому фрагменту, содержит примечания, добавленные переводчиком.]

Рисунок 7-1. Блок-схема входной части осциллографа с пояснениями, показывающими требования к каждому каскаду

Сочетание требований делает проектирование входной электроники осциллографа очень трудным делом. Входная часть для 500MHz прибора проектируется под полосу 1GHz и обязана иметь очень чистый отклик на входной перепад. И такая рабочая полоса должна обеспечиваться при входном сопротивлении 1MΩ! На частоте до 5GHz или около того не допускаются никакие заметные резонансы (притом, что резонировать желает решительно всё). Из-за того, что мы должны сохранять высокое входное сопротивление и низкую ёмкость, использование согласованных линий (обычный метод при работе с микроволновыми сигналами) не допускается! Единственным спасением для разработчика будет сохранение очень небольших физических размеров устройства. Для получения полосы 1GHz мы должны использовать СВЧ транзисторы и диоды, которые в массе своей повреждаются очень легко, а входная электроника должна выдерживать перепады ±400V и электростатические разряды. Возможно, самым трудновыполнимым требованием является сохранение минимальной неравномерности АЧХ от постоянного напряжения и на протяжении большей части рабочей полосы частот.

Неразрывная связь между частотной и временной областями является основой для решения поставленной задачи. Позднее я приведу несколько наглядных примеров связи между колебаниями АЧХ и импульсной характеристикой.