示波器等效采樣原理分析

1、示波器等效采樣原理分析摘要：分析了常見的幾種示波器等效采樣的原理，并結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品的開發(fā)，闡述各種方法的優(yōu)缺點(diǎn),局限性及實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)和控制要點(diǎn)。引言：示波器作為一種通用電子測量設(shè)備，為電子生產(chǎn)企業(yè)和科研院所經(jīng)常使用的調(diào)試開發(fā)工具和教學(xué)用具。隨著示波器的普及和對示波器性能的提高，對示波器帶寬和采樣頻率的要求也越來越高。而采樣頻率斌不能無休止的增加，即使采樣率還能再增加，但是系統(tǒng)的功耗和發(fā)熱勢必成幾何倍率增加，系統(tǒng)的穩(wěn)定性也接受到前所未有的挑戰(zhàn)，尤其是成本的增加更使普通用戶無法接受。那么，有沒有簡單使用的解決辦法呢？等效采樣的應(yīng)用解決了周期性信號的高分辨率采樣難題。等效采樣的幾種方式：根據(jù)奈奎斯特定律

2、，采樣頻率在信號頻率的兩倍以上就可恢復(fù)原波形。而如果采樣頻率等于或小于信號頻率，如何來獲取的實(shí)際波形呢，采用等效采樣，可以在不同的周期獲取不同相位的幅度值，再根據(jù)相位將幅度值連續(xù)排列，即可將波形復(fù)原。等效采樣基本有兩種方式來獲取等效波形：隨機(jī)采樣和順序采樣。隨機(jī)采樣，即使用一個(gè)固定的頻率對信號進(jìn)行連續(xù)多個(gè)周期的采樣，同時(shí)用另一路采樣器對采樣點(diǎn)的相位進(jìn)行采樣，根據(jù)測得的相位對測得的幅度值進(jìn)行排序，即可獲得等效波形。圖28隨機(jī)采樣時(shí)掃跡的構(gòu)成情況隨機(jī)采樣有2種方式可獲知相位：如圖所示為第一種方式，連續(xù)采樣多個(gè)周期，根據(jù)外部附加電路測得的信號頻率和采樣頻率即可得每個(gè)采樣周期的相位步進(jìn)，再找出其中觸發(fā)

3、點(diǎn)的位置就可以對所有的采集點(diǎn)進(jìn)行排序，以恢復(fù)波形。另一種方式是單周期采樣。每測一次同時(shí)用外部電路測量被測點(diǎn)和觸發(fā)點(diǎn)的時(shí)間，然后再根據(jù)采樣頻率恢復(fù)信號波形。時(shí)間的測量可用多種電路實(shí)現(xiàn)。比如，使用恒流充放電，充電電流大，放電電流小，即可把極短的時(shí)間變成可測量的時(shí)間延時(shí)。或者把觸發(fā)脈沖進(jìn)行積分，對積分線所代表的電壓進(jìn)行采樣，使測得的電壓對應(yīng)相應(yīng)的時(shí)間延時(shí)。然后根據(jù)采樣頻率恢復(fù)被測信號的波形。隨機(jī)采樣的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，最簡單的只是加上頻率測量電路，其他都可由軟件實(shí)現(xiàn)，再復(fù)雜一點(diǎn)的就是加上時(shí)間測量電路。他的缺點(diǎn)是必須使采樣頻率和被測信號頻率不能成整數(shù)倍關(guān)系，而是要有一個(gè)較小的差值。差值的大小決定了等效采

4、樣率的多少。所以說，這種等效采樣方式的局限性較大。順序采樣，即采用一種根據(jù)被測信號頻率計(jì)算出來的采樣頻率對被測信號進(jìn)行連續(xù)采樣，再根據(jù)采樣頻率和被測頻率恢復(fù)原波形。這種方式要求有被測信號頻率測量電路和任意頻率發(fā)生器。任意頻率發(fā)生器是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，現(xiàn)在的技術(shù)主要有使用PLL和VCO的信號發(fā)生器，和使用DDS原理的信號發(fā)生器。前一種由于壓控振蕩器的輸出頻率所限，他的頻率分辨率受到較大限制，即輸出的頻率的細(xì)度不夠。而后一種要產(chǎn)生一種頻率較高而且頻率又很穩(wěn)的采樣信號是不太可能的?，F(xiàn)在大部分文章介紹的等效采樣方法基本上都是使用DDS原理的，這種方法在高頻時(shí)的穩(wěn)定性和可靠性值得懷疑。一種折中的方法，固定兩個(gè)采樣頻率。根據(jù)被測信號的頻率決定使用哪種頻率的采樣時(shí)鐘。要求被測信號頻率和采樣頻率的最小公倍數(shù)是一。兩個(gè)采樣頻率的最小公倍數(shù)也是一。這種方法可以保證等效采樣率是實(shí)時(shí)采樣頻率的百倍左右，另外成本也能控制的較好，不需額外的時(shí)鐘發(fā)生電路。參考