本日便是说说示波器采样率到底是怎么回事。
举例描述采样率
1.存储深度

想象一下一张照片要怎么样才能清晰?当然是像素点越多,照片包含的原始信息就越靠近真实,自然看起来也就越清晰。
我们从示波器上看到的波形实在也可以理解成一张照片,那么这张照片包含的点越多,自然也就越靠近真实的样子。
示波器的存储深度便是表达了示波器最多能存储多少个数据点。比如28Mpts的存储深度,解释示波器最多可以存储两千八百万个采样点。
对付拍摄一张静止的照片,摄影机拍照韶光的快慢关系并不大,由于结果并不会改变。
2.采样率
但是由于旗子暗记是不断变革的,因此对示波器而言更像是在一直拍摄运动的照片,并且是超高速的运动,这个时候除了采样点数量以外,采样点采集的速率也就至关主要了。
示波看重建一个旗子暗记不仅仅取决于有多少个数据点,采集数据点的速率也很关键。示波器的采样率便是示波器每秒能采集多少个数据点的能力。如果示波器的采样率不敷,那么我们就无法准确地看到旗子暗记的真实样子。
输入示波器的旗子暗记在韶光轴和电压轴上也都是连续变革的,由于打算机只能处理离散的数字旗子暗记,像这样的旗子暗记是无法用数字的方法进行描述和处理,因此还须要用高速ADC对旗子暗记进行采样和量化,也便是数字化的过程。经由模数转换(ADC)后,在韶光和电压上连续变革的波形就变为一个个连续变革的数字化的采样点。
在进行采样或者进行数字量化的过程中,如果要尽可能真实地重修波形,最关键的问题便是在韶光轴上的采样点是否足够密集以及在垂直方向的电压的量化级数。水平方向采样点的间隔取决于示波器的ADC的采样率,而垂直方向的电压量化级数则取决于ADC的位数。
示波器的运作过程
示波器的运作过程大概是这样的:
我们通过探头给示波器输入一个旗子暗记,被测旗子暗记经由示波器前真个放大/衰减等旗子暗记调理电路后,然后高速ADC模数转换器进行旗子暗记采样和数字量化,示波器的采样率便是对输入旗子暗记进行模数转换时采样时钟的频率,普通的讲便是采样间隔,每个采样间隔采集一个采样点。
比如1GSa/s的采样率,代表示波用具备每秒钟采集10亿个采样点的能力,此时其采样间隔便是1纳秒。
对付实时示波器来说,目前普遍采取的是实时采样办法。所谓实时采样,便是对被测的波形旗子暗记进行等间隔的一次连续的高速采样,然后根据这些连续采样的样点重构或规复波形。在实时采样过程中,很关键的一点是要担保示波器的采样率要比被测旗子暗记的变革快很多。
那么究竟要快多少呢?可以参考数字旗子暗记处理中的奈奎斯特(Nyquist)定律。Nyquist定律说, 如果被测旗子暗记带宽是有限的,那么在对旗子暗记进行采样和量化时,如果采样率是被测旗子暗记带宽的2倍以上,就可以完备重修或规复出旗子暗记中承载的信息而不会产生混叠。
如下图便是采样率不敷导致的旗子暗记混叠,可以看到采集到的旗子暗记和原始旗子暗记比较,频率变小了很多。
多种采样模式
大多数示波器会供应几种采样模式供用户选择,常见的有正常采样、均匀采样、峰值采样和包络采样。
正常采样模式下,示波器按相等的韶光间隔对旗子暗记采样以重修波形。此模式可对大部分波形产生最佳显示效果。
在峰值采样模式中,当水平时基设置较低时,将保留最小采样值和最大采样值,以捕获罕见事宜和窄事宜(在扩大任何噪声的条件下)。该模式将显示至少与采样周期一样宽的所有脉冲。峰值采样模式可用于更方便地查看毛刺或窄脉冲。在峰值采样模式中,窄毛刺和跳变沿比“正常”采样模式中显示得更亮,使它们更随意马虎被看到。运用峰值采样办法可以避免旗子暗记的稠浊,但也会显示更多的实际噪声。
利用均匀采样模式可均匀多个采集结果,以减少所显示旗子暗记中的随机或无关噪声。均匀多个采样结果须要稳定的触发。均匀的数目可在均匀采样模式后的选择框内进行设定,均匀数目越高,显示的波形对波形变革的相应就越慢。必须在波形对变革的相应速率与旗子暗记上所显示噪声的降落程度之间进行折衷。
利用包络采样模式可以看到数次采样到的波形的叠加效果,在指定的N个采样数据中捕获一个旗子暗记的最大值和最小值,可设置波形叠加次数,如下图为一个包络采样模式下波形叠加次数为32的调幅旗子暗记。
无论选择了哪种采样办法,都要记住担保采样率至少是被测旗子暗记带宽的2倍以上,事实上我们更建议是3-5倍以上,这样更随意马虎捕获的波形的非常信息。
末了一件事值得把稳的是,示波器的采样率同示波器的带宽不同,当你打开多通道的时候,采样率会被每个通道均匀分配。因此如果你打开了多个通道,一定要再次确认下采样率是否依然知足条件。
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