示波器基础系列之十七—— 增强分辨率(ERES)

2015-10-27 08:57:34   来源:eefocus   

关键字: 示波器  基础系列  分辨率  ERES

数字示波器中提供的采样率,特别是在长波形捕获时间的示波器中,通常要远远高于被分析的信号频谱实际要求的采样率。这种过采样可以作为一种优势,对数字化信号滤波,以提高显示的曲线的有效分辨率,或去掉不想要的噪声。

I. 增强分辨率

增强分辨率函数应用有限脉冲响应(FIR)滤波器,其与使用简单的平均滤波器平滑信号类似,但带宽效率更高,拥有更好的带通特点。在平均连续曲线具有重要意义。 对于信号拥有单次特点(信号不能重复,或不能设置稳定触发)而不能使用平均函数时,可以使用这一函数。

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a. 增强分辨率的优势

增强分辨率(ERES)滤波改善了仪器具有两个特点:

1. 在任何情况下,每个滤波器使用固定数量都会改善分辨率(即区分相距很近的电压电平的能力)。不管信号是否有噪声,是单次信号还是重复信号,这都可以有效提高分辨率。

2. 可以改善信噪比(SNR),具体取决于原始信号中的噪声形式,因为增强分辨率滤波会降低信号带宽,进而滤除部分噪声。

b. 力科示波器中的增强分辨率

力科DSO实现了一套线性相位有限脉冲响应(FIR)滤波器,这些滤波器是为提供快速计算、完美的阶跃响应、及以0.5位步长在0.5-3位之间改 善分辨率、同时使带宽下降最小而优化的。每个0.5位步长对应两倍的带宽下降,可以简便地控制带宽/分辨率之间的矛盾。下表是这些示波器中提供的六种滤波 器的参数。

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使用的滤波器是低通滤波器,因此在具体情况下SNR的实际提高程度取决于信号上存在的噪声的功率谱密度。如果信号中的噪声是白噪声,即均匀分布在频 谱中,滤波器改善SNR的程度与其改善分辨率的程度相同。如果噪声功率偏向高频,那么SNR改善程度将好于分辨率改善程度。如果噪声主要分布在较低的频率 上,那么SNR改善程度可能会低于分辨率改善程度。由于去掉相干噪声信号而改善SNR的程度(如时钟信号馈通)取决于信号是否位于滤波器的传输频带中。通 过使用数字示波器的频谱分析选项,可以简便地导出结果。

增强分辨率对话框(参见图1)可以协助用户为具体应用选择适当的滤波器,表明ERES滤波器的-3 dB带宽是与当前波形的当前时基设置对应的实际频率。

增强分辨率函数使用的滤波器拥有完全线性相位响应,它有两个所需的属性:第一,滤波器不会使波形中不同事件的相对位置失真,即使事件的频率成分不同。第二,在计算滤波的波形过程中,可以完全补偿与滤波有关的正常延迟(输入波形和输出波形之间)。

II. 什么时候应该使用增强分辨率?

特别适合增强分辨率的主要情况有两种:第一,如果信号的噪声明显很高(且不要求测量噪声),那么可以使用增强分辨率函数“清除”信号。第二,即使信号噪声不太高,但要求对波形进行高精度测量(可能在高垂直增益的情况下使用缩放),那么增强分辨率将提高测量的分辨率。

从整体上看,在数据记录具有单次特点或低速重复特点、不能使用平均函数的情况下,增强分辨率可以代替平均函数。

下面的实例介绍了在这些情况下使用增强分辨率函数。

III. 滤除噪声

图2显示了增强分辨率对有噪声的信号的影响,上图显示的是带有噪声的阻尼正弦曲线。下图显示了在3位分辨率增强后的同一信号。现在可以清楚地看到较 低电平的振荡,可以对感兴趣的信号进行频率、幅度或周期等测量。在频域中查看的同一信号显示了增强分辨率函数的低通滤波影响。图3显示了图2中的信号的功 率谱。上面的一对曲线显示了输入波形和没有滤波的信号的频谱,下面的一对曲线则显示了3位分辨率增强后的信号和信号频谱。3.0位增强滤波器拥有200 kHz的-3 dB带宽。在超过这个频率时,滤波器从信号中去掉能量。

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图4是增强分辨率的另一个工作视图。我们考察了采集的正弦波及进行3位增强分辨率处理后正弦波的直方图。上面的直方图表示通道2中的波形每个样点的 电压幅度。这是8位数据,在使用显示的2000个二元组绘制直方图时,由于8位数字化器的分辨率有限,显示了象鸡冠一样的外观。

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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/1027/article_13690.html
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