在使用模塊化數(shù)字化儀進行測量時，重要的是要注意一些常見的設置問題,，這些問題會導致數(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，就會產生混疊,。當前的數(shù)字轉換器設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合，這些數(shù)字化器最小化了這個經典問題,。 但是,，用戶應該注意混疊，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)對輸入信號進行采樣并存儲結果數(shù)字數(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)字采樣的重建結果會產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)字轉換器及其相關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,，其結果是基帶信號(0到2.66 MHz)被重復的采樣頻率的倍數(shù),。在上面的網格中我們看到輸入信號采樣時間是15。6毫秒/秒,?；鶐盘柍霈F(xiàn)在左邊?；鶐^(qū)域復制為上下邊帶圖像,，約為標記的15.6 MHz采樣頻率。當采樣率降低到6.2 MHz時,，如在中心網格中,，下邊帶圖像接近基帶信號,。在底層網格中，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，產生了混疊現(xiàn)象,。

同樣的效應也可以在頻域中看到,。如圖2所示

認識到混疊

 混疊通常會產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)字轉換器使用模擬到數(shù)字轉換器(adc)將模擬信號的樣本轉換成數(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,，可以產生的離散數(shù)字電平數(shù)為2n。因此,，一個12位數(shù)字轉換器可以解決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)字轉換器,，最小有效位為1/4096或2.4 x 10-4,。為了將lsb轉換成電壓，我們取數(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)字轉換器，如頻譜M4i.2210-x8 1.25 GS/s數(shù)字轉換器，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,。

 所選的線段在波形的末端附近，振幅較小,。14和16位數(shù)字轉換器仍然有足夠的分辨率呈現(xiàn)信號準確但12位數(shù)字轉換器,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