在使用模塊化數(shù)字化儀進(jìn)行測(cè)量時(shí),，重要的是要注意一些常見(jiàn)的設(shè)置問(wèn)題,，這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不良和浪費(fèi)時(shí)間,。本文將對(duì)“混疊”和“幅度分辨率不足”兩個(gè)問(wèn)題提供深入解答,。

混疊,，采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的普遍問(wèn)題,。自采樣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)出現(xiàn)以來(lái),，由于輸入信號(hào)采樣不足而引起的混疊問(wèn)題就一直存在,。采樣的數(shù)據(jù)儀器，如數(shù)字化儀和數(shù)字示波器,，根據(jù)采樣定理,，要求模擬信號(hào)的采樣頻率大于輸入端存在的最高頻率分量的兩倍。如果不滿(mǎn)足這個(gè)條件,，就會(huì)產(chǎn)生混疊,。當(dāng)前的數(shù)字轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)通常包含大大超過(guò)模擬帶寬的最大采樣率。通過(guò)將其與長(zhǎng)采集存儲(chǔ)器相結(jié)合,，這些數(shù)字化器最小化了這個(gè)經(jīng)典問(wèn)題,。 但是，用戶(hù)應(yīng)該注意混疊,，尤其是在將采樣率編程為較低速度時(shí),。

采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣并存儲(chǔ)結(jié)果數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 如果采樣率滿(mǎn)足或超過(guò)采樣定理的規(guī)則,，則可以重建信號(hào)而不丟失任何信息,。如果模擬輸入波形的采樣頻率小于其最大頻率的兩倍，則數(shù)字采樣的重建結(jié)果會(huì)產(chǎn)生頻率低于原始頻率的波形,。

圖1顯示了使用Spectrum M4i.4450-x8,500 MS / s,，14位數(shù)字轉(zhuǎn)換器及其相關(guān)SBench6的示例

輸入信號(hào)為正弦掃描信號(hào)，最大頻率為2.66 MHz,。采樣是一個(gè)混合過(guò)程,，其結(jié)果是基帶信號(hào)(0到2.66 MHz)被重復(fù)的采樣頻率的倍數(shù),。在上面的網(wǎng)格中我們看到輸入信號(hào)采樣時(shí)間是15。6毫秒/秒,?；鶐盘?hào)出現(xiàn)在左邊?；鶐^(qū)域復(fù)制為上下邊帶圖像,，約為標(biāo)記的15.6 MHz采樣頻率。當(dāng)采樣率降低到6.2 MHz時(shí),，如在中心網(wǎng)格中,，下邊帶圖像接近基帶信號(hào)。在底層網(wǎng)格中,，采樣率被降低到奈奎斯特極限(最大輸入頻率的兩倍或5.2 MS/s),。在這個(gè)采樣頻率下，采樣頻率的下邊帶圖像干擾了基帶信號(hào),，產(chǎn)生了混疊現(xiàn)象。

同樣的效應(yīng)也可以在頻域中看到,。如圖2所示

認(rèn)識(shí)到混疊

混疊通常會(huì)產(chǎn)生比原始信號(hào)頻率更低的波形,。了解被測(cè)信號(hào)的頻率，然后對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證,，以確保它沒(méi)有別名,，這是一個(gè)很好的實(shí)踐。如果從輸入信號(hào)觸發(fā)數(shù)字化儀,，則混疊信號(hào)也會(huì)顯得不穩(wěn)定,。這是因?yàn)閿?shù)字轉(zhuǎn)換器是在信號(hào)上觸發(fā)的，而別名頻率較低,，有多個(gè)觸發(fā)點(diǎn)造成不穩(wěn)定,。這是一個(gè)很好的程序，查看所有未知的信號(hào)在最高采樣率可用,，然后降低采樣率,，如果需要。如果發(fā)生混疊,，當(dāng)選擇較低的采樣率時(shí),，您將看到信號(hào)下降的頻率。

幅度分辨率不足

數(shù)字轉(zhuǎn)換器使用模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(adc)將模擬信號(hào)的樣本轉(zhuǎn)換成數(shù)字值,。ADC的分辨率是用于數(shù)字化輸入樣本的比特?cái)?shù),。對(duì)于一個(gè)n位ADC，可以產(chǎn)生的離散數(shù)字電平數(shù)為2n,。因此,，一個(gè)12位數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以解決212或4096級(jí),。最小有效位(lsb)表示可以檢測(cè)到的最小間隔，對(duì)于12位數(shù)字轉(zhuǎn)換器,，最小有效位為1/4096或2.4 x 10-4,。為了將lsb轉(zhuǎn)換成電壓，我們?nèi)?shù)字化儀的輸入范圍除以2,，提高到數(shù)字化儀的分辨率,。

分辨率決定了測(cè)量的精度。數(shù)字化儀分辨率越大,，測(cè)量值越精確,。具有8位ADC的數(shù)字轉(zhuǎn)換器，如頻譜M4i.2210-x8 1.25 GS/s數(shù)字轉(zhuǎn)換器,，將輸入放大器的垂直范圍劃分為256個(gè)離散電平,。垂直范圍為1v時(shí)，8位ADC不能理想地解決小于3.92 mV的電壓差;而16位ADC,，如具有65656離散電平的Spectrum M4i.4420-x8 250 MS / s數(shù)字化儀,，可以理想地解決小至15μV的電壓差。

使用高分辨率數(shù)字化儀的一個(gè)原因是測(cè)量小信號(hào),。根據(jù)最小電壓水平的計(jì)算方法,，我們可以使用分辨率較低的儀器和較小的全量程來(lái)測(cè)量較小的電壓。然而,，許多信號(hào)同時(shí)包含小信號(hào)和大信號(hào)分量,。

因此，對(duì)于同時(shí)具有大電壓分量和小電壓分量的信號(hào),，需要一種高分辨率的儀器,，具有較大的動(dòng)態(tài)范圍和數(shù)字化儀同時(shí)測(cè)量小信號(hào)和大信號(hào)的能力。讓我們來(lái)看看一個(gè)波形如果通過(guò)不同分辨率的數(shù)字化器會(huì)是什么樣子,。圖3比較了12位,、14位和16位理想數(shù)字化器對(duì)±200mv阻尼正弦波形段的響應(yīng)。

所選的線(xiàn)段在波形的末端附近,，振幅較小,。14和16位數(shù)字轉(zhuǎn)換器仍然有足夠的分辨率呈現(xiàn)信號(hào)準(zhǔn)確但12位數(shù)字轉(zhuǎn)換器,與100年μV決議(基于全面的±200 mV)小于100μV無(wú)法解決水平。對(duì)于任何分辨率,，讀取時(shí)的誤差都會(huì)隨著信號(hào)振幅的減小而增大,。記住，這是一個(gè)理想的情況,，噪聲會(huì)限制在現(xiàn)實(shí)世界中的信號(hào)精度,。雖然像濾波和平均這樣的信號(hào)處理工具可以提高數(shù)字化儀的分辨率，但在選擇數(shù)字化儀和選擇具有適當(dāng)分辨率的數(shù)字化儀之前,，仍然需要考慮任何測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍要求,。

圖3：數(shù)字化儀分辨率對(duì)測(cè)量精度的比較

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