Tips Memilih OSCILLOSCOPE (2)

Berapa sampling rate yang diperlukan?

Beberapa engineer mereferensikan bahwa sampling rate minimum yang dibutuhkan oleh osiloskop agar dapat menganalisa sinyal dengan baik adalah 2X bandwidth. Hal ini didasari oleh aturan Nyquist yang menyatakan besarnya frekwensi sampling haruslah 2x lebih cepat dari frekwensi maksimum sinyal yang akan di analisa. Bila frekwensi sampling sama dengan frekwensi sinyal, maka akan terjadi aliasing. Pada pembahasan kali ini, kita akan mengkaji mengenai sampling rate oscilloscope

Sebelum kita membahas lebih jauh mengenai kebutuhan sampling rate, ada baiknya kita kaji terbih dahulu aturan Nyquist

Oscilloscope ideal

Disebut oscilloscope ideal karena memang oscilloscope ini belum pernah ada hingga saat ini. oscilloscope ideal memiliki bandwidth yang jatuh tepat di frekwensi Nyquist (fN) tanpa melalui redaman. Batas tersebut dikenal dengan istilah brickwall frequency response. Lihat gambar dibawah ini, posisi brickwall frequency response sama dengan frequency Nyquist (fN)

Oscilloscope ideal dengan stop band sama persis dengan frekwensi Nyquist

Dibutuhkan filter ideal untuk merancang oscilloscope ideal. Suatu hal sulit untuk dilakukan dengan teknologi yang ada saat ini.
Selama oscilloscope tidak memiliki brickwall frequency response, maka akan terdapat area yang disebut dengan area frekwensi aliasing (Aliased Frequency Components). Letak area tersebut terlihat seperti gambar berikut :

Frequency Aliasing yang akan selalu ada

Oscilloscope Jenis ini dikenal dengan istilah Gaussian Respons Oscilloscope dimana area yang berdekatan dengan bandwitdh maksimal akan mengalami peredaman sebesar 3 db. Dari gambar diatas, dapat kita lihat jika besarnya frekwensi sampling hanya sebasar 2x bandwidth, maka yang akan tampil pada display oscilloscope adalah frekwensi aliasing, bukan frekwensi sinyal. Untuk itu, beberapa vendor oscilloscope mendesain frekwensi sampling sebesar 4 sampai 5 kali bandwidth

Semenjak era digital filter dikembangkan, frekwensi aliasing dapat lebih di redam. Hal ini dikarenakan karakteristik filter yang dihasilkan memiliki stop band yang lebih tajam. Teknologi ini dikenal dengan Maximally-flat Response. Maximally-flat Response biasanya diaplikasikan pada oscilloscope dengan bandwidth 2 GHz keatas. Besarnya frekwensi sampling hanya berkisar 2,5 x hingga 3x frekwensi bandwidth.

Gaussian Respons Oscilloscope dengan Fs= 4xBW

 

Maximally-flat Response dengan Fs= 2,5 x BW

Lalu, berapakah sampling rate yang paling tepat digunakan?

Perhatikan ketiga tampilan display oscilloscope dibawah ini, ketiga oscilloscope tersebut digunakan untuk menganalisa sinyal 100Mhz. Sinyal tersebut dianalisa dengan menggunakan 3 jenis oscilloscope dengan bandwidth 500MHz. Oscilloscope pertama memiliki sampling rate 1 GSa/s, kedua 2 GSa/s dan yang ketiga 4 GSa/s.

Tampilan oscilloscope dengan Fs= 1G Sa/s -> FBW= Fs/2 = FN

Tampilan oscilloscope dengan Fs= 2G Sa/s -> FBW= Fs/4 = FN/2

Tampilan oscilloscope dengan Fs= 4G Sa/s -> FBW= Fs/8 = FN/4

oscilloscope dengan frekwensi sampling sebesar 4x bandwidth menghasilkan tampilan yang lebih baik dan lebih stabil. Bagaimana jika sampling dinaikkan hingga 8x. Tampilan akan terlihat seperti gambar dibawahnya.

Kita dapat melihat bahwa hampir tidak terdapat perbedaan antara oscilloscope dengan sampling rate 4x Frekwensi Bandwidth dengan 8x frekwensi bandwidth.

Agilent Technologies, sebagai vendor electronic test and measurement terbesar didunia merekomendasikan besarnya frekwensi sampling paling efektif adalah 4 x bandwidth.

(tridi)

Posted in: Info Tridi