示波器的带宽与采样率是什么关系

发布时间:2020年01月13日 18:01    发布者:agitek123

转自公众号 “安泰测试”

带宽的定义

带宽应用的领域非常多,可以用来标识信号传输的数据传输能力、标识单位时间内通过链路的数据量、标识显示器的显示能力。

1.在模拟信号系统又叫频宽,是指在固定的时间可传输的资料数量,亦即在传输管道中可以传递数据的能力。 通常以每秒传送周期或赫兹(Hz)来表示。

2.在数字设备中,带宽指单位时间能通过链路的数据量。 通常以bps来表示,即每秒可传输之位数。

示波器带宽

示波器带宽是指输入一个幅度相同,频率变化的信号,当示波器读数比真值衰减3dB时,此时的频率即为示波器的带宽。 也就是说,输入信号在示波器带宽处测试值为真值-3dB,带宽不是示波器能显示的最高频率。 一般情况下,示波器带宽应为所测信号最高频率的3~5倍。

对于经常跟示波器打交道的电子工程师来说,示波器的带宽无疑是他们最关心的指标之一。 带宽直接影响信号的保真度和测量的准确度。 我们通常所说的带宽是指-3dB带宽,如图 1所示。 在200M带宽的示波器上输入200M的正弦波,理论上其幅度会下降3dB。 然而,你若对此时测量到的信号幅度除以0.707,想以此获得真实的信号的幅度,得到的结果却未必正确。 因为实际上,示波器在设计时,为了保证带宽参数和减小信号失真,在带内的信号衰减幅度通常会小于3dB。 所以,200M带宽是一个设计指标,保证对200M以内的正弦波幅度的衰减不超过3 dB,以提供较好的测量置信度。

图1 带宽定义为响应曲线中幅度下降3dB的频率

采样率简介

采样频率,也称为采样速度或者采样率,定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数,它用赫兹(Hz)来表示。 采样频率的倒数是采样周期或者叫作采样时间,它是采样之间的时间间隔。 通俗的讲采样频率是指计算机每秒钟采集多少个信号样本。

采样定理

所谓采样定理,又称香农采样定理,奈奎斯特采样定理,是信息论,特别是通讯与信号处理学科中的一个重要基本结论。

采样是将一个信号(即时间或空间上的连续函数)转换成一个数值序列(即时间或空间上的离散函数)。 采样定理指出,如果信号是带限的,并且采样频率高于信号带宽的两倍,那么,原来的连续信号可以从采样样本中完全重建出来。

带限信号变换的快慢受到它的最高频率分量的限制,也就是说它的离散时刻采样表现信号细节的能力是有限的。

采样定理是指,如果信号带宽不到采样频率的一半(即奈奎斯特频率),那么此时这些离散的采样点能够完全表示原信号。 高于或处于奈奎斯特频率的频率分量会导致混叠现象。 大多数应用都要求避免混叠,混叠问题的严重程度与这些混叠频率分量的相对强度有关。

采样频率必须大于被采样信号带宽的两倍,另外一种等同的说法是奈奎斯特定律必须大于被采样信号的带宽。如果信号的带宽是100Hz,那么为了避免混叠现象采样频率必须大于200Hz。换句话说就是采样频率必须至少是信号中最大频率分量频率的两倍,否则就不能从信号采样中恢复原始信号。

在模拟视频系统中,采样率定义为帧频和场频,而不是概念上的像素时钟。 图像采样频率是传感器积分周期的循环速度。 由于积分周期远远小于重复所需时间,采样频率可能与采样时间的倒数不同。

50Hz-PAL视频

60/1.001Hz-NTSC视频

当模拟视频转换为数字视频的时候,出现另外一种不同的采样过程,这次是使用像素频率。 一些常见的像素采样率有:

13.5MHz-CCIR601、D1video

高频luminance成分的混淆现象作为摩尔纹出现。

示波器的带宽与采样率是什么关系

带宽是反映信号频率通过能力,带宽越大,对信号中的各种频率成分(特别是高频成分)能准确有效地放大与显示,也就较为准确,如果带宽不够,那就会损失很多高频成分,信号自然就显示不准确了,出现较大误差。 而采样率是将模拟量转换为数字量时对信号转换的频率(即每秒采集次数),这个频率越高,单位时间内对信号的采集就越多,信号中的信息就保留越多,丢失信息就少,转换出的数字量就能准确反映信号的数值,再由LCD显示就能较为准确完整显示信号波形,采样点越多,显示的点就越多,就越清晰。

对数字式示波器至少有两部分: 被测信号的Y通道和采样部分。 Y通道是放大(或衰减)被测信号的,带宽是针对Y通道而言。 假如Y通道能对0~10MHz范围所有正弦信号均匀而不失真的放大,则它的带宽就是10MHz。 由于复杂波形的信号由各种不同谐波的正弦信号组成,而且这些谐波构成的带宽可能很宽,所以,为了保证真实放大复杂信号,你的Y通道的带宽越大越好。

仅有带宽足够的Y通道还不够,为了捕获波形,你还得对经过Y通道放大的信号进行采样啊! 这个采样的快慢就是采样速率。 采样速率越快,单位时间内对复杂波形捕获的点也就越多,最后拼装显示出来的波形就越接近真实的复杂信号。

所以,带宽和采样速率虽然是两个不同的参数,但它们都对真实还原被测波形都非常重要。

本文示波器带宽与采样率的关系就讲到这里,您可以通过西安安泰示波器维修中心网在线咨询或者关注微信公众账号“安泰测试”留言,您也可以亲临我公司详谈相关事宜。

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