示波器的带宽与采样率是什么关系

屈育成 2018-04-09 68756

测量仪表

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描述

　　带宽的定义

　　带宽应用的领域非常多，可以用来标识信号传输的数据传输能力、标识单位时间内通过链路的数据量、标识显示器的显示能力。

　　1.在模拟信号系统又叫频宽，是指在固定的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。通常以每秒传送周期或赫兹（Hz）来表示。

　　2.在数字设备中，带宽指单位时间能通过链路的数据量。通常以bps来表示，即每秒可传输之位数。

　　示波器带宽

　　示波器带宽是指输入一个幅度相同，频率变化的信号，当示波器读数比真值衰减3dB时，此时的频率即为示波器的带宽。也就是说，输入信号在示波器带宽处测试值为真值-3dB，带宽不是示波器能显示的最高频率。一般情况下，示波器带宽应为所测信号最高频率的3~5倍。

　　对于经常跟示波器打交道的电子工程师来说，示波器的带宽无疑是他们最关心的指标之一。带宽直接影响信号的保真度和测量的准确度。我们通常所说的带宽是指-3dB带宽，如图 1所示。在200M带宽的示波器上输入200M的正弦波，理论上其幅度会下降3dB。然而，你若对此时测量到的信号幅度除以0.707，想以此获得真实的信号的幅度，得到的结果却未必正确。因为实际上，示波器在设计时，为了保证带宽参数和减小信号失真，在带内的信号衰减幅度通常会小于3dB。所以，200M带宽是一个设计指标，保证对200M以内的正弦波幅度的衰减不超过3 dB，以提供较好的测量置信度。

　　采样率简介

　　采样频率，也称为采样速度或者采样率，定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数，它用赫兹（Hz）来表示。采样频率的倒数是采样周期或者叫作采样时间，它是采样之间的时间间隔。通俗的讲采样频率是指计算机每秒钟采集多少个信号样本。

　　采样定理

　　所谓采样定理，又称香农采样定理，奈奎斯特采样定理，是信息论，特别是通讯与信号处理学科中的一个重要基本结论。

　　采样是将一个信号（即时间或空间上的连续函数）转换成一个数值序列（即时间或空间上的离散函数）。采样定理指出，如果信号是带限的，并且采样频率高于信号带宽的两倍，那么，原来的连续信号可以从采样样本中完全重建出来。

　　带限信号变换的快慢受到它的最高频率分量的限制，也就是说它的离散时刻采样表现信号细节的能力是有限的。

　　采样定理是指，如果信号带宽不到采样频率的一半（即奈奎斯特频率），那么此时这些离散的采样点能够完全表示原信号。高于或处于奈奎斯特频率的频率分量会导致混叠现象。大多数应用都要求避免混叠，混叠问题的严重程度与这些混叠频率分量的相对强度有关。

　　采样频率必须大于被采样信号带宽的两倍，另外一种等同的说法是奈奎斯特定律必须大于被采样信号的带宽。如果信号的带宽是100Hz，那么为了避免混叠现象采样频率必须大于200Hz。换句话说就是采样频率必须至少是信号中最大频率分量频率的两倍，否则就不能从信号采样中恢复原始信号。

　　在模拟视频系统中，采样率定义为帧频和场频，而不是概念上的像素时钟。图像采样频率是传感器积分周期的循环速度。由于积分周期远远小于重复所需时间，采样频率可能与采样时间的倒数不同。

　　50Hz-PAL视频

　　60/1.001Hz-NTSC视频

　　当模拟视频转换为数字视频的时候，出现另外一种不同的采样过程，这次是使用像素频率。一些常见的像素采样率有：

　　13.5MHz-CCIR601、D1video

　　高频luminance成分的混淆现象作为摩尔纹出现。

　　示波器的带宽与采样率是什么关系

　　带宽是反映信号频率通过能力，带宽越大，对信号中的各种频率成分（特别是高频成分）能准确有效地放大与显示，也就较为准确，如果带宽不够，那就会损失很多高频成分，信号自然就显示不准确了，出现较大误差。而采样率是将模拟量转换为数字量时对信号转换的频率（即每秒采集次数），这个频率越高，单位时间内对信号的采集就越多，信号中的信息就保留越多，丢失信息就少，转换出的数字量就能准确反映信号的数值，再由LCD显示就能较为准确完整显示信号波形，采样点越多，显示的点就越多，就越清晰。

　　对数字式示波器至少有两部分：被测信号的Y通道和采样部分。Y通道是放大（或衰减）被测信号的，带宽是针对Y通道而言。假如Y通道能对0~10MHz范围所有正弦信号均匀而不失真的放大，则它的带宽就是10MHz。由于复杂波形的信号由各种不同谐波的正弦信号组成，而且这些谐波构成的带宽可能很宽，所以，为了保证真实放大复杂信号，你的Y通道的带宽越大越好。

　　仅有带宽足够的Y通道还不够，为了捕获波形，你还得对经过Y通道放大的信号进行采样啊！这个采样的快慢就是采样速率。采样速率越快，单位时间内对复杂波形捕获的点也就越多，最后拼装显示出来的波形就越接近真实的复杂信号。

　　所以，带宽和采样速率虽然是两个不同的参数，但它们都对真实还原被测波形都非常重要。

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