示波器的抽取(Decimation)模式

2015-05-13 12:44:18   来源:ednchina   

关键字: 示波器  抽取模式  Decimation

1 背景

示波器作为电子设计、测试及调试过程中必不可少的测试工具,可以帮助工程师更准,更快,更方便地定位和解决问题,被誉为“工程师的眼睛”。   执着追求更加真实的反映电路中实际信号波形。

 

随着待测信号速率越来越快,测试精度越来越高,数字示波器相对于模拟示波器的优势愈加明显。采样率无疑成为一个关注的焦点,因为这关系到能否真实还原信号波形。在实际测试中,我们必须时刻关注采样率,保证过采样,避免出现由于欠采样引起波形失真甚至不能还原真实信号波形。

 

对于一个示波器来说(以R&S公司示波器RTO1024说明),核心器件是采样率为10G/S的单核ADC。在实际使用示波器时,我们会受到示波器第一关系式的限制,见式1:

          采样率×采样时间=采样率×时基×10=存储深度 ----------------------------(式1)

对于每台示波器,它的存储深度是一定的,那么我们在使用示波器过程中,随着所要测试的信号的时基不同,对应的采样率也不一样,这时就特别要关注避免欠采样。在示波器数据处理过程中,显示出波形的采样率的变化通过插值和抽取的方式来实现的。这里有个关系式可以判断插值和抽取的适用情况,见下表1所示。下面分别就插值和抽取做简单的探讨。

 

表1 不同采样率对比

RTO1024:FADC=10G/S 工作模式  说明
FADC 实时抽取采样 对10G/S采样点按照采样保持,峰值检测,高分辨率,RMS方式抽取
F=FADC 实时采样 实时采样,采样率为10G/S
F>FADC 实时插值采样 在10G/S采样点之间按照线性,正弦,采样保持方式插值

 

2 基本原理

降低波形采样率以去掉过多数据的过程称为信号的“抽取”。提高波形采样率以增加数据的过程称为信号的“插值”。本篇着重讨论数据抽取对测试波形和采样率的影响。

 

2.1 信号的抽取

设X(n)=x(t)|t=nTs,欲使采样率Fs降低M倍,将x(n)中每M个点中抽取一个,依次组成一个新的序列y(n),即

fomular_01.jpg

则可推算出抽取后信号采样周期T=MTs。

抽取框图见图1所示:
                  
 

pic_01.jpg

图1 信号抽取示意图(M=3),(a)为原始信号,(c)为抽取后信号

 

通过对信号数据抽取后,采样率降低,F=Fs/M。为了保证能够还原出信号波形,必须要求抽取后的采样率大于两倍信号最高频率f,即必须要保证过采样,见式2。

                       F=Fs/M >2f  --------------------------------------------------------(式2)

 

2.2 信号的插值

在示波器的ADC采样率不足以清楚的捕获到信号细节,这时需要更高的采样率真实还原采集信号细节部分。插值这个方式的应用可以完美解决这一点,在ADC实际采样点之间插入特定算法计算的虚拟采样点,以此等效提高信号采样率。在R&S示波器中,你可以通过三种方式实现采样率的提升,分别是线性插值(line),正弦插值(sinx/x),采样保持插值(sample),后续再做详细介绍。

 

3 示波器采样率

针对R&S示波器RTO1024,其ADC的固定硬件采样率为10G/S,通过不同的抽取方式降低采样点数量,分别为SAMPLE,PEAK DETECT,HI-RES,RMS方式。而且可以实现同一通道同一波形以三种不同的抽取方式同时显示。在实际使用过程中,我们根据实际情况选择不同的抽取方式进行测试。


根据示波器第一关系式,示波器能够自动识别当前所处的的采样模式,判断标准是跟ADC的是固定采样率10G/S做比较。如果当前实时采样率低于或等于10G/S时,则自动工作在实时模式,如果当前实时采样率高于10G/S,则可以自动打开分辨率加强功能:插值。如果使用抽取模式,在采样率低于10G/S时,四种抽取模式可以供选择:SAMPLE,PEAK DETECT,HI-RES,RMS。

 

因此,可以看出,我们对示波器的灵活设置,可以提高或者降低示波器实际采样率,满足我们实际测试需求。下面我们就RTO1024示波器的四种抽取方式,来分别说明抽取对测试的影响。

 

4 抽取方式

抽取模式减少从ADC采集的数据点,以此达到降低采样率。在抽取模式下,分辨率加强功能自动关闭。RTO示波器总共可以支持四种抽取方式,对ADC采集的数据做相应的抽取处理,其它数据全部丢弃,这样来实现降低采样率。下面分别从这四种抽取方式进行说明,以示波器上校准信号(1KHz方波)作为测试源。

 

4.1 Sample

所谓“sample”,就是采样保持,跟ADC数据离化过程是一样。这是通用的默认抽取方式,在ADC采集的数据点里面,以N个点为一组,从这N个点里取出第一个点,作为新的波形数据里面的采样点,N个点里的其他采样点全部丢弃。通过抽取出来的这些点拟合成一个波形,如下图3所示。采用sample抽取方式测试波形如下图4所示,这和一个低采样率的ADC采集的波形数据是一样的。

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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0513/article_11743.html
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