High Resolution เพิ่มรายละเอียดแนวตั้งโดยแลกกับข้อมูลเร็วอย่างไร

เพิ่มความละเอียดจากข้อมูลภายในช่วงเวลา

โหมด High Resolution ของออสซิลโลสโคปหลายแบบรวมจุดตัวอย่างใกล้กันภายในหนึ่งการรับเพื่อสร้างค่าบันทึกที่มีเสียงรบกวนน้อยลง จึงต่างจาก Average acquisition ที่รวมตำแหน่งเดียวกันจากหลายเหตุการณ์ วิธีนี้สามารถใช้กับเหตุการณ์ครั้งเดียวได้ในระบบที่รองรับ แต่รายละเอียดตามเวลาหรือแบนด์วิดท์ที่เหลือขึ้นกับการรวมและการกรอง ไม่ควรอ่านเพียงจำนวนบิตที่เพิ่มแล้วถือว่าข้อมูลทุกด้านดีขึ้นพร้อมกัน

ชื่อโหมดเดียวกันอาจใช้วิธีต่างกันระหว่างรุ่น บางเครื่องใช้การเฉลี่ยกลุ่มจุดแบบง่าย บางเครื่องใช้ตัวกรองที่ออกแบบเฉพาะและปรับตามอัตราสุ่ม จึงต้องอ่านแบนด์วิดท์ที่ใช้ได้จริงในค่าตั้งนั้น ตัวอย่างในบทใช้การเฉลี่ยสม่ำเสมอเพื่อให้คำนวณตามได้ ไม่ใช่คำอธิบายวงจรภายในของทุกเครื่อง

1. 1
   สุ่มภายใน

   รับจุดที่อัตราสูงตามระบบ

2. 2
   รวมตามเวลา

   Hi-Resหลายแบบเฉลี่ยจุดใกล้กันในรอบเดียว

3. 3
   ข้อมูลที่ออก

   มีรบกวนน้อยลงแต่พัลส์เร็วอาจถูกลด

4. 4
   แยกจากAverage

   ไม่จำเป็นต้องรวมหลายเหตุการณ์ แต่ยังไม่รักษายอดทุกจุด

ความละเอียดแนวตั้งดีขึ้นได้โดยแลกกับรายละเอียดเร็วตามวิธีกรอง

เหตุใดเสียงรบกวนอาจลดลง

เมื่อสัญญาณเปลี่ยนช้าภายในกลุ่มและเสียงรบกวนของแต่ละจุดเป็นอิสระมีค่าเฉลี่ยศูนย์ การเฉลี่ย M จุดลดส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานของรบกวนเป็นหนึ่งใน √M ถ้ารบกวนสมมติ 4 mV ต่อจุด การเฉลี่ย 16 จุดคาดเหลือ 1 mV การลดนี้ทำให้มองการเปลี่ยนระดับเล็กได้ดีขึ้นเมื่อระบบส่วนอื่นยังรองรับ

ภายใต้เงื่อนไขอุดมคติบางแบบ การลดรบกวนสี่เท่าสัมพันธ์กับความละเอียดที่ดีขึ้นประมาณสองบิต แต่ไม่ได้ทำให้ความแม่นยำอัตราขยายหรือออฟเซ็ตของเครื่องเพิ่มตาม และไม่รับรองว่าตัวแปลงกายภาพเปลี่ยนจำนวนบิต การใช้คำว่าความละเอียดประสิทธิผลต้องระบุวิธีวัดและแถบความถี่ ไม่เทียบตัวเลขที่วัดในเงื่อนไขต่างกันโดยตรง

ถ้าเสียงรบกวนสัมพันธ์กันระหว่างจุด เช่น การเปลี่ยนช้าร่วมทั้งกลุ่ม ผลลดอาจน้อยกว่าสูตร หากสัญญาณมีค่าอยู่คงที่ในรหัสเดียวโดยไม่มีข้อมูลการเปลี่ยนขนาดย่อยที่เหมาะ การเฉลี่ยรหัสเดิมซ้ำไม่ได้สร้างรายละเอียดจริงต่ำกว่าขั้นนั้นโดยอัตโนมัติ จึงต้องตรวจเงื่อนไขสัญญาณ รบกวน และวิธีแปลง ไม่ใช้การเพิ่มหลักทศนิยมเป็นหลักฐานว่าละเอียดขึ้นจริง

ตัวอย่างสมมติของหน้าต่างเฉลี่ย

สมมติระบบเก็บภายในที่ 100 MS/s ระยะจุด 10 ns และนำ 20 จุดติดกันมารวมเป็นค่าหนึ่งแบบไม่ซ้อนกัน หน้าต่างแต่ละกลุ่มยาวประมาณ 200 ns และอัตราค่าที่ออกเท่ากับ 5 MS/s ในแบบจำลองนี้ การส่งออกยังต้องจัดเวลาให้ตรงนิยามของหน้าต่าง เช่น กลางหรือปลายกลุ่ม ไม่ถือว่าค่าเฉลี่ยเป็นค่าทันทีที่จุดแรกโดยไม่มีการกำกับ

ให้ระดับฐาน 1 V และมีพัลส์เพิ่มเป็น 2 V ยาว 50 ns ซึ่งครอบคลุมห้าตัวอย่างภายในกลุ่มเดียวอย่างพอดี ค่าเฉลี่ยกลุ่มจะเป็น (15×1 + 5×2)/20 = 1.25 V ยอดส่วนเพิ่ม 1 V จึงเหลือ 0.25 V ในข้อมูลหลังรวม แม้ค่ารบกวนบนฐานอาจลดลงตามที่ต้องการ การใช้โหมดนี้จึงอาจเหมาะกับระดับช้าแต่ซ่อนขนาดพัลส์เร็ว

ถ้าพัลส์เดียวกันคร่อมขอบกลุ่ม ส่วนเพิ่มอาจกระจายไปสองค่าที่ออกและยอดสูงสุดแต่ละค่าต่ำลงอีกตามจำนวนจุดที่อยู่ในแต่ละกลุ่ม การเปลี่ยนตำแหน่งพัลส์จึงเปลี่ยนรูปหลังรวมได้โดยต้นทางเหมือนเดิม ต้องไม่ใช้ความกว้างจากค่าที่เฉลี่ยแล้วเป็นความกว้างจริงโดยไม่พิจารณาหน้าต่างและการส่งผ่าน

1. 1
   ช่วงกลุ่ม

   20×10 ns≈200 ns ผลออก5 MS/s

2. 2
   ฐานและพัลส์

   15จุดเป็น1 Vและ5จุดเป็น2 V

3. 3
   ค่าเฉลี่ยกลุ่ม

   (15×1+5×2)/20=1.25 V

4. 4
   แปลผล

   ยอดส่วนเพิ่ม1 Vเหลือ0.25 V ไม่ใช้ค่าเฉลี่ยแทนยอดต้นทาง

ตัวอย่างสมมติ100 MS/s กลุ่มไม่ซ้อน20จุด

แบนด์วิดท์หลังรวมต้องรู้จากวิธีจริง

การเฉลี่ยกลุ่มจุดมีลักษณะกรองความถี่ต่ำผ่าน แต่ไม่ใช่ตัวกรองอุดมคติที่หยุดทุกความถี่เหนือขอบทันที รูปทางผ่านและการลดอัตราหลังกรองร่วมกันกำหนดว่าจะเกิดความคลาดเคลื่อนหรือ aliasing เพิ่มหรือไม่ ระบบจริงอาจใช้ตัวกรองที่จัดการเรื่องนี้อย่างละเอียด จึงควรอ่านแบนด์วิดท์ประสิทธิผลหรือคำอธิบายของผู้ผลิต ไม่คำนวณจากจำนวนจุดเพียงอย่างเดียวแล้วประกาศใช้ได้ทุกสัญญาณ

สำหรับเหตุการณ์ครั้งเดียว High Resolution ต่างจากการเฉลี่ยหลายรอบตรงที่ข้อมูลยังมาจากการรับครั้งนั้น แต่ไม่ได้รักษาทุกจุดดิบในผลที่ออก หากเครื่องเก็บเฉพาะผลรวม จะย้อนสร้างยอด 2 V จากค่า 1.25 V ในตัวอย่างไม่ได้โดยทั่วไป เพราะมีรูปสัญญาณหลายแบบให้ค่าเฉลี่ยเดียวกัน การเก็บฉบับ Sample ควบคู่เมื่อทำได้ช่วยรักษาหลักฐานคนละด้าน

1. ระบุว่าต้องการแยกระดับเล็กหรือรายละเอียดเร็ว และกำหนดแถบที่จำเป็น
2. อ่านวิธี High Resolution ของรุ่น รวมถึงแบนด์วิดท์ตามฐานเวลาและอัตราที่เลือก
3. เปรียบเทียบกับ Sample บนสัญญาณฝึกเดียวกันทั้งช่วงฐานและพัลส์
4. ตรวจว่ารบกวนลดจริงโดยใช้ช่วงและสถิติเดียวกัน ไม่ดูเพียงเส้นเรียบ
5. บันทึกค่าตั้งและข้อจำกัดของข้อมูลหลังรวม พร้อมเก็บข้อมูลดิบหากเครื่องรองรับ

ข้อผิดพลาดในการรายงานจำนวนบิต

จำนวนบิตประสิทธิผลที่วัดในแถบแคบไม่ควรนำไปเทียบกับจำนวนบิตในแถบกว้างโดยไม่แจ้งเงื่อนไข เพราะเสียงรบกวนที่รวมอยู่ต่างกัน การเปรียบเทียบเครื่องหรือโหมดต้องใช้ช่วงรับ แบนด์วิดท์ สัญญาณ และวิธีคำนวณสอดคล้องกัน หากต้องใช้เลขบิตเพื่อการตัดสินจริง ควรอ้างนิยามและผลทดสอบเฉพาะ ไม่อนุมานจากชื่อโหมดหรือจำนวนตำแหน่งบนหน้าจอ

การขยายช่วงเวลาบางเครื่องทำให้กลุ่มรวมใหญ่ขึ้นและภาพนิ่งขึ้น ผู้ใช้จึงอาจเข้าใจว่าระบบไฟฟ้านิ่งขึ้นตามเวลาที่ผ่านไป ทั้งที่ค่าตั้งเปลี่ยนวิธีวัด หากเปรียบเทียบก่อนหลังภาระต้องคงโหมดและแบนด์วิดท์ที่เกี่ยวข้อง หรือแสดงผลการเปลี่ยนค่าตั้งแยกออกจากผลของภาระอย่างชัดเจน

High Resolution ไม่แก้การคลิปหรืออัตราทดโพรบผิด ข้อมูลเฉลี่ยของค่าที่อิ่มช่วงยังไม่แทนสัญญาณจริง และการหารสเกลผิดยังผิดหลังลดรบกวน การเตรียมทางรับจึงต้องทำให้ถูกก่อนเพิ่มการประมวลผล ไม่ใช้โหมดนี้เพื่อกลบรูปผิดปกติที่ยังไม่ได้อธิบายว่ามาจากวงจรหรือชุดวัด

ตรวจด้วยฐานนิ่งและพัลส์แยกกัน

ใช้ชุดฝึกแรงดันต่ำที่มีช่วงฐานนิ่งกับพัลส์ที่รู้ความยาว ตรวจส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานบนฐานและขนาดยอดเป็นสองรายการ หากฐานเรียบขึ้นแต่ยอดลดลงตามแนวโน้มของหน้าต่าง ให้สรุปผลแลกเปลี่ยนทั้งสอง ไม่รายงานเพียงความละเอียดดีขึ้น การตรวจสองชนิดช่วยเลือกโหมดตามคำถามแทนการยึดค่าตั้งเดียวทุกงาน

ผลส่งต่อควรบอกอัตราภายในถ้าทราบ อัตราข้อมูลที่ออก วิธีรวม และแบนด์วิดท์ที่อ้างได้จากคู่มือหรือการทดสอบ ตัวอย่าง 20 จุดจาก 100 MS/s เป็น 5 MS/s จึงอธิบายว่าค่า 1.25 V แทนค่าเฉลี่ยของหน้าต่าง ไม่ใช่ยอดต้นทาง การคงนิยามนี้ทั้งในบทและภาพทำให้ผู้ตรวจรู้ว่าต้องขอข้อมูลแบบใดเพิ่มเมื่อสนใจพัลส์เร็ว