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关于数字示波器实时采集和等效采集的详细区别与原理

(2013-01-05 16:02:43)
标签:

实时采样

等效采样

采集

示波器

原理

杂谈

分类: 工作学习
   大家都知道在采集 信号 时,通常分为 实时采样和等效采样 两种采集方式今天在做AD采集时,遇到了这两个概念,虽然以前经常听到、看到这两个概念,但是一直都认识的太笼统,知道一点但具体的却说不出个所以然,因此在网上查了大量的资料做了如下总结:
当前数字示波器采用两种基本采样方法:实时采样等效时间采样。等效时间采样可以进一步分成两个小类:随机等效时间采样顺序等效时间采样
       实时采样特别适合频率范围不到示波器最大采样率(数字示波器在对信号波形进行数字化时,单位时间内采集数据的次数就是采样率。)一半的信号(即满足采样条件:采样信号频率>=2被测量信号)。在这种情况下,示波器可以在波形的一次“扫描”中采集远远足够的样点,构建准确的图像,实时采样是使用数字示波器捕获快速信号、单次信号、瞬态信号的唯一方式。
    等效采样可以使用低于原始信号两倍频率的采样频率不失真的采样并还原原始信号,适合于对高频周期信号的采样和分析。如在测量高频信号时,示波器可能不能在一次扫描中搜集足够的样点。可以使用等效时间采样,准确地采集频率超过采集率/2.5的信号。等效时间采样通过从每次重复中捕获少量信息,构建重复信号的图像,如下图所示,波形缓慢构建,象一串灯一样,一个接一个地亮起。示波器可以准确地捕获频率成分远远高于示波器采样率的信号。

    等效采样的基本原理是把高频、快速信号变成低频、慢速重复信号进行采集。为了达到低速采样还原高频信号的日的,要求被测信号一定是周期变化的,如果将每个采样点安排在不同信号周期内,而不是在同一个周期的话,就可以大大降低采样频率。最后通过数学方法再将多个周期内的采样点还原到一个周期内,重构被测信号

    顺序等效采样是在间隔K个周期捕获一个样值,每经过k个周期再经过一个微小的延时△t就获得一个样值。图2所示为k=1时,每周期采样五个点(S1、S2、S3、S4、S5,)的等效采样和重构过程。最后将采集的数据拼凑到一个周期内,实现对原始输入信号波形的重构。重构后的采样频率变为微小延时△t的倒数。通过控制这个△t的大小,就可以控制等效采样的频率。实际采样频率可以通过控制K的大小进行调节。K越大,实际采样频率越小;而△t越小,等效采样频率越高。这样就实现了低速采样高频信号的目的。

 


      随机等效采样采用内部的时钟, 它与输入信号和信号触发的时钟不同步, 样值连续不断的获得, 而且独立于触发位置。通过记录采样数据与触发位置的时间差来确定采样点在信号中的位置来重建波形。这就产生了准确测量与采样触发点相关的位置的问题。这是随机等效采样的难题之一。尽管采样在时间上是连续的, 但是相对于触发器则是随机的, 由此产生了“ 随机”等效时间采样的说法。

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