1 背景 我们会针对所测试的信号,选择合适的采样率来采集信号。通过示波器的插值和抽取方式,人为地改变信号采样率。但还是要受限于示波器第一公式的限制: 表1给出了信号采样率的变化与插值和抽取方式的运用的对比,可以作为参考判断插值和抽取的适用情况。在前文中,已经对抽取做过分析,本文主要对示波器的三种插值方式做简单分析,帮助大家理解三种插值方式的差异。 表1 不同采样率对比 2 基本原理 降低波形采样率去掉过多数据的过程称为信号的“抽取”。提高波形采样率增加数据的过程称为信号的“插值”。信号的抽取与插值的结合使用使得信号显示出的采样率发生变化,本篇着重讨论数据插值对测试波形和采样率的影响。 设X(n)=x(t),通过插值方式,将采样率Fs增加L倍,在x(n)中每两个采样点之间补充L-1个0,组成一个新的序列v(n),即 信号插值框图见图2所示: 通过信号插值,提高采样率F=LFs。因此,在做信号插值时,会永远保证在采样信号时为过采样。但是在ADC采样率不足时,采用插值方式将会引起信号的失真。 2.2 信号的抽取 在对ADC采集的信号做数据抽取时,要特别关注采样率,避免出现欠采样,这是很多示波器使用者常常容易忽视的问题。不同的抽取方式,针对不同的测试信号,能够降低噪声对信号干扰,提高测试分辨率。因此,我们在使用抽取方式测试时,要“对症下药”。 3 示波器采样率 本文以R&S示波器RTO1044来分析示波器插值模式。其ADC的固定常数采样率为20G/S ,通过三种不同的内插值方式增加采样点数量,分别为linear,sin(x)/x,sample/hold方式。在实际使用过程中,如果示波器ADC的采样率不足以恢复真实信号,我们需选择不同的内插值方式进行测试分析。 4 内插方式 内插方式表示在ADC采集的数据点之间根据特定的算法插入计算值,以此达到提高采样率的目的,能够更加清楚的分析信号细节,见图3所示。这时就会自动打开R&S示波器的分辨率增强功能。RTO示波器总共可以支持三种内插方式,默认情况采用正弦内插(sin(x)/x)。本文主要以demo板上10MHz的TTL信号作为测试源,以2倍的内插方式来说明内插对测试波形和采样率的影响,所以示波器设置为采样率为40G/S,而ADC的实际采样率为20G/S,红色点为内插点,蓝色点为ADC实际采集的点。
4.1 Linear 所谓“linear”,就是指线性内插,这是最简单的插值方式,计算量最小。在ADC的相邻采样数据点之间按照线性多项式的计算方式插入一个计算值,插入的这个点为相邻两个采样点连线上的值。通过示波器单次捕获,以点显示,实际测试内插点和实际采样点的对应关系,相邻两个采样点之间为25ps,即对应于采样率为40G/S。如下图4所示。采用linear内插方式测试波形如下图5所示,是通过点与点之间的直接连接形成的波形,细节上能够看到类似于锯齿波的形状,这种插值方式局限于直边缘的信号。
4.2 Sin(x)/x
4.3 Sample/Hold 所谓“sample/hold”,这种插值算法,跟示波器ADC正常实际采样是一样的,采用采样保持方法内插数据,以此提高信号采样率。图8所示,为sample/hold内插模式下,提高采样率后,通过采样点来实际判断插值后的对比。通过图9,观察放大后的采样信号,可以很明显的看出采样保持内插后的细节,跟我们对采样保持的定义是完全一致的。 5 结论 |
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GMT+8, 2023-7-12 23:11