Độ sâu bộ nhớ (Memory Depth) cho biết số điểm dữ liệu mà máy hiện sóng có thể lưu trong một lần thu nhận. Thông số này quyết định khoảng thời gian tín hiệu có thể được ghi lại ở một tốc độ lấy mẫu nhất định, đồng thời ảnh hưởng đến tốc độ lấy mẫu thực tế khi mở rộng cửa sổ quan sát.
Một máy hiện sóng có tốc độ lấy mẫu rất cao chưa chắc duy trì được tốc độ đó trong mọi điều kiện đo. Khi cần quan sát tín hiệu trong thời gian dài hơn, số điểm dữ liệu phải được phân bổ trên một khoảng thời gian lớn hơn. Nếu bộ nhớ thu nhận bị giới hạn, tốc độ lấy mẫu thực tế có thể giảm để phù hợp với thời gian thu nhận.
Độ sâu bộ nhớ của máy hiện sóng là gì ?
Độ sâu bộ nhớ là số lượng điểm mẫu mà máy hiện sóng có thể lưu trong bộ nhớ thu nhận cho một bản ghi dạng sóng. Thông số này thường được biểu thị bằng kpts, Mpts hoặc Gpts, tương ứng với nghìn, triệu hoặc tỷ điểm dữ liệu.
Ví dụ, máy có độ sâu bộ nhớ 10 Mpts có thể lưu một bản ghi gồm tối đa 10 triệu điểm mẫu trong điều kiện thu nhận tương ứng. Số điểm này tạo thành dữ liệu để máy hiển thị dạng sóng và thực hiện các phép đo, phân tích sau khi thu nhận.
Độ sâu bộ nhớ có mối quan hệ trực tiếp với tốc độ lấy mẫu và thời gian thu nhận:
Độ sâu bộ nhớ = Tốc độ lấy mẫu × Thời gian thu nhận
Từ đó có thể suy ra:
Tốc độ lấy mẫu = Độ sâu bộ nhớ / Thời gian thu nhận
Ví dụ, nếu máy lưu 10.000 điểm trong khoảng thời gian 10 µs, tốc độ lấy mẫu tương ứng là 1 GSa/s. Nếu vẫn sử dụng 10.000 điểm nhưng kéo dài thời gian thu nhận lên 1 giây, tốc độ lấy mẫu chỉ còn 10 kSa/s. Đây cũng là cách Keysight giải thích mối quan hệ giữa bộ nhớ, thời gian thu nhận và tốc độ lấy mẫu thực tế trên máy hiện sóng.
Cần lưu ý rằng công thức trên mô tả mối quan hệ trong trường hợp số điểm lưu và thời gian thu nhận được xác định cho cùng một bản ghi. Cách máy phân bổ bộ nhớ và tốc độ lấy mẫu cụ thể còn phụ thuộc vào kiến trúc thu nhận của từng model.
Tốc độ lấy mẫu danh định và tốc độ lấy mẫu thực tế
Tốc độ lấy mẫu danh định là tốc độ lấy mẫu tối đa mà bộ chuyển đổi tương tự - số hoặc hệ thống thu nhận của máy có thể đạt được theo điều kiện kỹ thuật do nhà sản xuất quy định. Giá trị này thường được sử dụng để mô tả khả năng thu nhận của thiết bị, nhưng không có nghĩa máy luôn hoạt động ở mức tối đa đó.
Khi tăng thời gian quan sát bằng cách tăng thời gian mỗi ô chia (Time/Div), máy phải ghi lại tín hiệu trong một khoảng thời gian dài hơn. Nếu độ sâu bộ nhớ không tăng tương ứng, số điểm được lưu trên mỗi đơn vị thời gian phải giảm. Khi đó, tốc độ lấy mẫu thực tế thấp hơn tốc độ lấy mẫu danh định.
Ví dụ: một máy có tốc độ lấy mẫu tối đa 1 GSa/s và bộ nhớ 1 Mpoint. Ở thời gian thu nhận 1 ms, bộ nhớ có thể được lấp đầy ở tốc độ 1 GSa/s. Khi thời gian thu nhận tăng lên 100 ms, hệ thống chỉ cần lưu khoảng một mẫu trên mỗi 100 mẫu thu được ban đầu, khiến tốc độ lấy mẫu hiệu dụng giảm xuống 10 MSa/s.
Vì vậy, khi so sánh hai máy hiện sóng cùng có tốc độ lấy mẫu tối đa 1 GSa/s, chưa thể kết luận khả năng thu nhận của chúng tương đương. Máy có bộ nhớ sâu hơn có thể duy trì tốc độ lấy mẫu cao trong khoảng thời gian dài hơn, tùy thiết kế thu nhận của từng thiết bị. Keysight cũng mô tả bộ nhớ sâu là yếu tố quyết định thời gian tối đa có thể ghi ở tốc độ lấy mẫu cao.
Bộ nhớ sâu mang lại lợi ích gì khi đo tín hiệu ?
Giá trị rõ nhất của bộ nhớ sâu nằm ở khả năng giữ nhiều điểm dữ liệu trong một khoảng thời gian thu nhận dài. Điều này hữu ích khi tín hiệu cần kiểm tra có các sự kiện ngắn nhưng không xuất hiện liên tục.
Chẳng hạn, một xung nhiễu chỉ kéo dài vài micro giây nhưng có thể xuất hiện sau hàng chục hoặc hàng trăm mili giây kể từ thời điểm bắt đầu theo dõi. Nếu bộ nhớ quá ngắn, máy phải giảm tốc độ lấy mẫu hoặc chỉ ghi được một đoạn tín hiệu ngắn. Khi đó, sự kiện bất thường có thể không được ghi lại với đủ chi tiết để phân tích.
Bộ nhớ sâu cũng có giá trị khi cần phóng to một vùng nhỏ trong bản ghi dài. Số điểm mẫu lớn giúp giữ lại nhiều thông tin hơn trong vùng tín hiệu được thu nhận, từ đó thuận tiện cho việc kiểm tra xung, nhiễu, thời gian tăng, thời gian giảm hoặc mối quan hệ thời gian giữa các sự kiện. Sự kết hợp hợp giữa tốc độ lấy mẫu cao và bộ nhớ sâu là yếu tố giúp thu được dạng sóng có nhiều chi tiết để phóng to và phân tích.
Dù vậy, bộ nhớ sâu không làm tăng băng thông của Dao động ký và cũng không tự nâng độ chính xác của phép đo. Nó chủ yếu mở rộng khả năng lưu trữ dữ liệu trong quá trình thu nhận. Chất lượng phép đo còn phụ thuộc vào băng thông, tốc độ lấy mẫu, độ phân giải của bộ chuyển đổi tương tự - số, đầu dò và kiến trúc thu nhận.
Tầm quan trọng của độ sâu bộ nhớ còn phụ thuộc vào loại máy hiện sóng. Các máy hiện sóng số sử dụng phương thức thu thập dữ liệu và bộ nhớ kỹ thuật số để lưu trữ dữ liệu dạng sóng, khiến độ sâu bộ nhớ trở thành một thông số kỹ thuật then chốt. Tương tự, các máy hiện sóng PC cũng dựa vào quy trình thu thập kỹ thuật số cùng khả năng lưu trữ và phân tích trên máy tính. Đối với máy hiện sóng cầm tay, người ta thường ưu tiên sự cân bằng giữa độ sâu bộ nhớ, tính di động, thời lượng pin và các yêu cầu đo kiểm tại hiện trường. Ngược lại, các máy hiện sóng tương tự (analog) truyền thống không sử dụng bộ nhớ thu thập dữ liệu kỹ thuật số theo cách thức này, do đó độ sâu bộ nhớ không phải là thông số có thể so sánh trực tiếp.
Nên đánh giá độ sâu bộ nhớ như thế nào?
Không nên chọn máy hiện sóng chỉ dựa trên con số bộ nhớ tối đa. Cần đặt thông số này trong mối quan hệ với băng thông, tốc độ lấy mẫu và khoảng thời gian cần quan sát.
Nếu chỉ đo một tín hiệu tuần hoàn ổn định trong khoảng thời gian ngắn, bộ nhớ vừa phải có thể đã đáp ứng đủ. Ngược lại, khi cần theo dõi quá trình khởi động của mạch, kiểm tra giao tiếp kéo dài, tìm xung nhiễu xuất hiện không liên tục hoặc phân tích tín hiệu trước và sau một sự kiện kích hoạt, bộ nhớ sâu sẽ có lợi thế rõ hơn.
Một điểm nữa là tốc độ lấy mẫu thực tế tại điều kiện đo dự kiến, thay vì chỉ nhìn giá trị tối đa. Một số máy cho phép người dùng lựa chọn hoặc điều chỉnh tốc độ lấy mẫu và độ sâu bộ nhớ; trong các chế độ khác, thời gian mỗi ô chia có thể quyết định cách hệ thống phân bổ hai thông số này.
Khi so sánh máy hiện sóng, có thể bắt đầu từ một câu hỏi đơn giản: cần ghi tín hiệu trong bao lâu và vẫn muốn giữ bao nhiêu chi tiết của dạng sóng ? Từ yêu cầu đó mới xác định mức độ sâu bộ nhớ cần thiết.
Độ sâu bộ nhớ không phải là thông số có thể tách rời khỏi tốc độ lấy mẫu và thời gian thu nhận. Khi thời gian quan sát tăng, bộ nhớ giới hạn có thể khiến tốc độ lấy mẫu thực tế giảm. Bộ nhớ càng sâu, máy càng có khả năng duy trì nhiều điểm mẫu trong một bản ghi dài, tùy theo thiết kế của thiết bị.
Vì vậy, khi lựa chọn máy hiện sóng, nên xem đồng thời độ sâu bộ nhớ, tốc độ lấy mẫu thực tế, băng thông và thời gian thu nhận. Cách đánh giá này phản ánh đúng khả năng thu thập và phân tích tín hiệu của thiết bị hơn so với việc chỉ so sánh tốc độ lấy mẫu tối đa.
