在使用模塊化數(shù)字化儀進(jìn)行測量時，重要的是要注意一些常見的設(shè)置問題,，這些問題會導(dǎo)致數(shù)據(jù)不良和浪費時間。本文將對“混疊”和“幅度分辨率不足”兩個問題提供深入解答,。

混疊,，采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)的普遍問題。自采樣數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)出現(xiàn)以來,，由于輸入信號采樣不足而引起的混疊問題就一直存在,。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。如果不滿足這個條件,，就會產(chǎn)生混疊,。當(dāng)前的數(shù)字轉(zhuǎn)換器設(shè)計通常包含大大超過模擬帶寬的最大采樣率。通過將其與長采集存儲器相結(jié)合,，這些數(shù)字化器最小化了這個經(jīng)典問題,。 但是，用戶應(yīng)該注意混疊,，尤其是在將采樣率編程為較低速度時,。

采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)對輸入信號進(jìn)行采樣并存儲結(jié)果數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。 如果采樣率滿足或超過采樣定理的規(guī)則,，則可以重建信號而不丟失任何信息,。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

輸入信號為正弦掃描信號，最大頻率為2.66 MHz,。采樣是一個混合過程,，其結(jié)果是基帶信號(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采樣時間是15,。6毫秒/秒,。基帶信號出現(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,，如在中心網(wǎng)格中，下邊帶圖像接近基帶信號,。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)。在這個采樣頻率下，采樣頻率的下邊帶圖像干擾了基帶信號,，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)識到混疊

混疊通常會產(chǎn)生比原始信號頻率更低的波形,。了解被測信號的頻率,，然后對其進(jìn)行驗證，以確保它沒有別名,，這是一個很好的實踐,。如果從輸入信號觸發(fā)數(shù)字化儀，則混疊信號也會顯得不穩(wěn)定,。這是因為數(shù)字轉(zhuǎn)換器是在信號上觸發(fā)的,，而別名頻率較低，有多個觸發(fā)點造成不穩(wěn)定,。這是一個很好的程序,，查看所有未知的信號在最高采樣率可用，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,，您將看到信號下降的頻率,。

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數(shù),。對于一個n位ADC,，可以產(chǎn)生的離散數(shù)字電平數(shù)為2n。因此,，一個12位數(shù)字轉(zhuǎn)換器可以解決212或4096級,。最小有效位(lsb)表示可以檢測到的最小間隔，對于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,。

分辨率決定了測量的精度。數(shù)字化儀分辨率越大,，測量值越精確。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個離散電平。垂直范圍為1v時，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)字化儀的一個原因是測量小信號,。根據(jù)最小電壓水平的計算方法,，我們可以使用分辨率較低的儀器和較小的全量程來測量較小的電壓。然而,，許多信號同時包含小信號和大信號分量,。

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

所選的線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無法解決水平。對于任何分辨率,，讀取時的誤差都會隨著信號振幅的減小而增大,。記住，這是一個理想的情況,，噪聲會限制在現(xiàn)實世界中的信號精度,。雖然像濾波和平均這樣的信號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量的動態(tài)范圍要求,。

圖3：數(shù)字化儀分辨率對測量精度的比較

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