采樣率比帶寬還低，為何能準(zhǔn)確測量?

摘要：市面上的高帶寬功率分析儀往往采樣率并不高，只有帶寬的二分之一或更低。這真的合理嗎?能可靠采樣輸入信號嗎?這樣的采樣方法能支持高精度的電參數(shù)測量嗎?對比高采樣率采樣，這樣的采樣方法有什么好處?本文將解析這一現(xiàn)象背后的原理。

使用較低且適當(dāng)?shù)牟蓸勇蕦?strong>高頻信號進(jìn)行采樣對功率分析儀有以下意義：

1.利用等效采樣原理對高頻信號進(jìn)行精細(xì)采樣，使采樣后的離散信號有更好的相位分辨率;

2.不必采用高采樣率的ADC(ADC高采樣率意味著轉(zhuǎn)換位數(shù)的降低)。

與示波器等使用高于帶寬的采樣率的儀器不同(示波器需要高采樣率保證還原波形的線條)，功率分析儀使用低于帶寬的采樣率也能夠保證測量結(jié)果的精度與穩(wěn)定度。

對于高頻信號，從采樣的角度看，測量結(jié)果的準(zhǔn)確度與穩(wěn)定度關(guān)鍵在于：1.采集信號的相位均勻度及相位覆蓋密度;2.各相位的樣本數(shù)的均衡度;3.采樣點(diǎn)數(shù)量足夠。測量高頻信號時，1、2兩點(diǎn)更為重要，必須保證這兩點(diǎn)，第3點(diǎn)在采樣率低于帶寬時也能夠滿足。

圖 1

可以看到，等效采樣方法在輸入信號一個周期內(nèi)僅采樣一個點(diǎn)且每個周期采樣的相位有遞增關(guān)系(圖1中△t)，調(diào)整這個遞增相位可以達(dá)到調(diào)整相位分辨率的目的。

另外，為保證高精度采樣，功率分析儀通常會采用更高轉(zhuǎn)換位數(shù)的ADC而不是更高采樣率的ADC，采樣精度是高精度測量非常重要的基礎(chǔ)。因為高速的ADC往往在其他特性上并不理想，如轉(zhuǎn)換位數(shù)、信噪比等。采用等效采樣的方法，功率分析儀就可以不必為了測量高頻信號而犧牲精度采用高速ADC。

功率分析儀對于高頻信號采用等效采樣法保證上述要點(diǎn)，因此，即使采樣率低于帶寬，也能對高頻信號準(zhǔn)確測量。