0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

示波器的采样率概念详解

麦科信仪器 2021-12-06 15:43 次阅读

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接近真实,自然看起来也就越清晰。

poYBAGGtgviADOnKAAC4TUbr0Vs174.jpg

我们从示波器上看到的波形其实也可以理解成一张照片,那么这张照片包含的点越多,自然也就越接近真实的样子。示波器的存储深度就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,说明示波器最多可以存储两千八百万个采样点。

对于拍摄一张静止的照片,照相机拍照时间的快慢关系并不大,因为结果并不会改变。但是由于信号是不断变化的,因此对示波器而言更像是在不停拍摄运动的照片,并且是超高速的运动,这个时候除了采样点数量以外,采样点采集的速度也就至关重要了。示波器重建一个信号不仅仅取决于有多少个数据点,采集数据点的速度也很关键。示波器的采样率就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足,那么我们就无法准确地看到信号的真实样子。

pYYBAGDuyK2AAlODAACBEv3ju60670.jpg

输入示波器的信号在时间轴和电压轴上也都是连续变化的,由于计算机只能处理离散的数字信号,像这样的信号是无法用数字的方法进行描述和处理,因此还需要用高速ADC对信号进行采样和量化,也就是数字化的过程。经过模数转换后,在时间和电压上连续变化的波形就变为一个个连续变化的数字化的采样点。

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建波形,最关键的问题就是在时间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。

示波器的运作过程大概是这样的:

pYYBAGGtgviAJgYaAABBfx5ee-g345.jpg

我们通过探头给示波器输入一个信号,被测信号经过示波器前端的放大、衰减等信号调理电路后,然后高速ADC模数转换器进行信号采样和数字量化,示波器的采样率就是对输入信号进行模数转换时采样时钟的频率,通俗的讲就是采样间隔,每个采样间隔采集一个采样点。比如1GSa/s的采样率,代表示波器具备每秒钟采集10亿个采样点的能力,此时其采样间隔就是1纳秒。

对于实时示波器来说,目前普遍采用的是实时采样方式。所谓实时采样,就是对被测的波形信号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恢复波形。在实时采样过程中,很关键的一点是要保证示波器的采样率要比被测信号的变化快很多。

那么究竟要快多少呢?可以参考数字信号处理中的奈奎斯特(Nyquist)定律。Nyquist定律说, 如果被测信号带宽是有限的,那么在对信号进行采样和量化时,如果采样率是被测信号带宽的2倍以上,就可以完全重建或恢复出信号中承载的信息而不会产生混叠。

如下图就是采样率不足导致的信号混叠,可以看到采集到的信号和原始信号相比,频率变小了很多。

poYBAGGtgviAfu8gAAB1HEK3NFM055.jpg

大多数示波器会提供几种采样模式供用户选择,常见的有正常采样、平均采样、峰值采样和包络采样。

正常采样模式下,示波器按相等的时间间隔对信号采样以重建波形。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,以捕获罕见事件和窄事件(在扩大任何噪声的前提下)。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,使它们更容易被看到。应用峰值采样方式可以避免信号的混淆,但也会显示更多的实际噪声。

使用平均采样模式可平均多个采集结果,以减少所显示信号中的随机或无关噪声。平均多个采样结果需要稳定的触发。平均的数目可在平均采样模式后的选择框内进行设定,平均数目越高,显示的波形对波形变化的响应就越慢。必须在波形对变化的响应速度与信号上所显示噪声的降低程度之间进行折衷。

pYYBAGGtgviACbqnAAC7jHPR8gE879.jpg

使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信号的最大值和最小值,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的调幅信号。

poYBAGGtgvmAU5YfAADcDEr1-hw843.jpg

无论选择了哪种采样方式,都要记住保证采样率至少是被测信号带宽的2倍以上,事实上我们更建议是3-5倍以上,这样更容易捕获的波形的异常信息。

最后一件事值得注意的是,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平均分配。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满足条件。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 示波器
    +关注

    关注

    113

    文章

    6185

    浏览量

    184477
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    请问PPS如何设置采样率

    默认情况下,pps设置的采样率为44.1KHz,我想改变它的采样率,但是在属性栏里没有找到可以修改采样率的地方,请问是否可以在pps里直接修改采样率?另外,是否可以直接在pps里配置
    发表于 11-01 06:32

    如何优化adc的采样率

    在数字信号处理领域,ADC是将模拟信号转换为数字信号的关键组件。采样率,即ADC每秒采集样本的次数,对信号的准确性和系统的整体性能有着直接的影响。 ADC采样率的基本概念 采样率是AD
    的头像 发表于 10-31 11:04 283次阅读

    位深和采样率在数采系统中的作用详解

    在数据采集系统中,位深和采样率是描述模数转换器(ADC)性能的重要参数。位深是指模数转换器将模拟信号转换为数字信号时使用的二进制位数。采样率是指ADC每秒对模拟信号采样的次数,通常以“每秒样本数”来
    的头像 发表于 10-30 14:45 232次阅读
    位深和<b class='flag-5'>采样率</b>在数采系统中的作用<b class='flag-5'>详解</b>

    示波器和数据采集系统在位深与采样率上的区别

    在现代测试与测量领域,示波器和数据采集系统(DAQ)是两种常用的设备,它们在采样率和位深上的设计存在显著差异。这些差异不仅是设备性能的体现,更是由数据处理能力、功耗管理以及应用场景等多个技术因素决定的。本文将深入探讨示波器和数据
    的头像 发表于 10-30 14:39 133次阅读
    <b class='flag-5'>示波器</b>和数据采集系统在位深与<b class='flag-5'>采样率</b>上的区别

    为什么采用30.72MHz作为最小采样率

    本文介绍了为什么采用30.72MHz作为最小采样率
    的头像 发表于 08-07 17:35 432次阅读
    为什么采用30.72MHz作为最小<b class='flag-5'>采样率</b>

    示波器带宽与采样率的关系

    示波器作为电子测试领域的重要工具,其主要功能是捕获和显示信号波形。在示波器的设计和使用中,带宽和采样率是两个至关重要的参数。带宽决定了示波器能够准确显示的信号频率范围,而
    的头像 发表于 05-17 16:52 3785次阅读

    如何选择示波器的带宽、采样率、存储深度、垂直分辨

    示波器是电子工程师和技术人员在日常工作中不可或缺的工具,它能够捕获、显示和分析电子信号。在选择示波器时,我们需要考虑多个参数,其中带宽、采样率、存储深度和垂直分辨是四个最为关键的参数
    的头像 发表于 05-13 16:26 2529次阅读

    示波器采样率和存储深度详解

    示波器,作为电子测量领域的核心工具,其性能直接决定了电子信号分析的准确性和效率。在示波器的众多参数中,采样率和存储深度是两个至关重要的参数,它们共同决定了示波器捕获和显示信号的能力。本
    的头像 发表于 05-13 16:09 2224次阅读

    GD32 MCU ADC采样率如何计算?

    大家在使用ADC采样的时候是否计算过ADC的采样率,这个问题非常关键!
    的头像 发表于 01-23 09:29 2471次阅读
    GD32 MCU ADC<b class='flag-5'>采样率</b>如何计算?

    ad9361 ADC采样率设置范围

    AD9361是一款高性能的射频前端芯片,广泛应用于无线通信系统中。其中一个重要特性是其具有灵活可调的ADC采样率。本文将详细介绍AD9361的ADC采样率设置范围,包括其相关特性、设置方法以及在实际
    的头像 发表于 01-04 09:37 5274次阅读

    如何修改ADXL362的采样率

    你好!在使用ADXL362三轴加速度计的过程中,无论我如何根据用户手册的说明修改ODR值(我不确定这个值是不是指采样率),我发现采样率无法提高。如此低的采样率不能满足我的需求。我想知道如何提高ADXL362的
    发表于 12-27 06:35

    采样率的单位SPS是什么意思?

    1.采样率的单位:SPS是什么意思? (1):每秒采样获得的点数,例:对a(t)采样,一秒获得了三个点a(1),a(2),a(3),采样率为3SPS,此时
    发表于 12-20 06:55

    波形实测,采样率越高噪声越大??

    ADC采样率指的是模拟到数字转换器(ADC)对模拟信号进行采样的速率。在数字信号处理系统中,模拟信号首先通过ADC转换为数字形式,以便计算机或其他数字设备能够处理它们。 ADC采样率通常以每秒
    的头像 发表于 12-08 10:29 852次阅读
    波形实测,<b class='flag-5'>采样率</b>越高噪声越大??

    EVAL-AD7175-2SDZ默认的采样率是多少,能否修改采样率,在哪修改?

    请问EVAL-AD7175-2SDZ 评估版整套产品使用时,默认的采样率是多少,能否修改采样率,在哪修改?或者不能修改在哪能够看到采样率
    发表于 12-08 07:07

    请问AD9254的采样率如何控制?

    AD9254,最大采样率为150M,最小在DCS开启时最小为20M,否则为10M。请问AD9254的采样率如何控制,选择,比如要实现80M,100M的采样率如何控制AD9254呢?还有前端的SHA是如何控制呢?谢谢。
    发表于 11-27 14:25