馬存斌

摘要：智能儀器實(shí)時(shí)采樣的主要優(yōu)點(diǎn)在于信號波形一到就采，因此適合于任何形式的信號波形，由于所有采樣點(diǎn)是按時(shí)間順序排列，因而易于實(shí)現(xiàn)波形顯示的功能.實(shí)時(shí)采樣塊點(diǎn)是速度分辨率。

關(guān)鍵詞：混淆 智能儀器 采樣

在智能儀器中，被處理的數(shù)字信號可以分為下列四種類型：

1、低速串行數(shù)據(jù).這種數(shù)據(jù)一般為時(shí)間序列，它可以直接(實(shí)時(shí))或間接(非實(shí)時(shí))地由存貯介質(zhì)(例如磁帶土的模擬或數(shù)字形式的記錄)或物理環(huán)境中獲取，對于低速串行數(shù)據(jù)可以采用通常的串行技術(shù)來實(shí)現(xiàn)諸如求平均、濾波、頻率變換等處理運(yùn)算。

2、高速串行數(shù)據(jù)，通常在實(shí)時(shí)在線(on一line)情況下獲取。對于高速數(shù)據(jù)，通常要求進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算輸處理。

3、由若干數(shù)據(jù)線提供的并行數(shù)據(jù)流通常是低速的，如從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)取得的數(shù)據(jù)流這一類數(shù)據(jù)的處理工作量極大，處理系統(tǒng)便是這類數(shù)據(jù)的典型。

顯然，通常的物理信號并非數(shù)字形式，而是模擬信號的形式。模擬信號的數(shù)字化是數(shù)字信號處理中首量先必須解決的一個(gè)重要問題

模擬信號的數(shù)字化包括采樣、量化兩個(gè)過程。采樣用來獲取模擬輸人信號的離散值，量化則是使每個(gè)采樣后的離散數(shù)值變換成二進(jìn)制數(shù)碼是數(shù)字信號，在有些場合我們常稱數(shù)字信號為數(shù)據(jù)。數(shù)字信號中的MSB與LS為數(shù)字信號的最高與最低有效位。

采樣定理指出：“要能準(zhǔn)確地恢復(fù)模擬信號，必須以大于其所包含的最高頻率的二倍速率采樣”。

完成模擬信號的數(shù)字化關(guān)鍵是選擇采樣方式。有兩種基本的數(shù)字化采樣方式：實(shí)時(shí)采樣(mealtimesampling)與等效時(shí)間采樣(equivalenttimesampling).實(shí)時(shí)采樣最為直觀。當(dāng)數(shù)字化一開始，信號波形的第一個(gè)采樣點(diǎn)就被采人并數(shù)字化經(jīng)過一個(gè)采樣間隔T后再采人第二個(gè)樣本。如此進(jìn)行下去直至將整個(gè)信號波形數(shù)字化并存入波形存貯。

除了通常使用的定時(shí)采樣(即等間隔采樣)外，實(shí)時(shí)采樣還使用變步長采檝這種采樣方法的一種安排是不論被測信號頻率為多少，一個(gè)信號周期內(nèi)溯采樣的點(diǎn)數(shù)恒角對于變步長采樣可作更為一般的討論。在大多數(shù)DSP應(yīng)用中，完成歡雛號糯的轉(zhuǎn)換的算法不是唯一的，衡量被選擇的算法優(yōu)越程度的基本標(biāo)準(zhǔn)在于其復(fù)雜程度，即硬件所需要的成本。有時(shí)變換信號的采樣率是十分有利的。

變步長采樣既能滿足儀器精度的要求，又能合理地使用儀器計(jì)算機(jī)內(nèi)存單元，還能伎增強(qiáng)儀器功能所要求的數(shù)據(jù)處理的軟件設(shè)計(jì)大為簡化。實(shí)時(shí)采樣的特例為掃描轉(zhuǎn)換采樣，又稱為實(shí)時(shí)閃光轉(zhuǎn)換采樣。掃描轉(zhuǎn)換以某種快速采樣的辦法(通常通過采用專門器件)收集信號的時(shí)間波形，然后再用一段時(shí)間成菖聽有樣本進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。顯然，這不是一種連續(xù)進(jìn)行的數(shù)字化技術(shù)。

等效時(shí)間采樣技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)很高的數(shù)字化轉(zhuǎn)換速率，然而，這種技術(shù)要求信號波形之可以重復(fù)產(chǎn)生的。由于波形可以重復(fù)獲得，使信號的采樣可以用較慢的速度進(jìn)行。采集的樣本可以是時(shí)序的(步進(jìn)、步退、差頻)，也可以是隨機(jī)的，這樣就可以把許多采集的樣本值合成一個(gè)采樣密度較高的波形。也可稱等效時(shí)間采樣為變換采樣。

當(dāng)被測信號有效持續(xù)時(shí)間很短時(shí)，產(chǎn)生高重復(fù)頻率的采樣脈沖將很困難)因而采用實(shí)時(shí)采樣方式也有困難，但如果被測信號是周期的或重復(fù)的信號1,,J可以考慮采用等效，間采樣。一般認(rèn)為)對于瞬時(shí)的或不重復(fù)的信號波形，宜用實(shí)時(shí)采樣技術(shù)。對于重復(fù)的信號波形，既可以用實(shí)時(shí)采樣，也可以選用等效時(shí)間采樣技術(shù)。對于50MHZ以上的重復(fù)渡形，采用等效時(shí)間采樣技術(shù)比實(shí)時(shí)采樣技術(shù)更為經(jīng)濟(jì)。

數(shù)字化速率是單位時(shí)間對模擬輸人信號的采樣數(shù)，又稱為采樣速率-最高數(shù)字化速率inABC轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率來決定，采用不同的ADC變換技術(shù)，可以獲取不同的數(shù)字化速率.最高數(shù)字化速率常以頻率每秒的采樣樣本點(diǎn)數(shù)s/s(sample/second)及存數(shù)據(jù)位數(shù)等來表示。在數(shù)字信號處理中，不論是時(shí)域分析還是頻域分析，均應(yīng)用信號波珊顯示技術(shù)。

推進(jìn)型顯示，是非觸發(fā)的信號波形的連續(xù)顯示，它把新采樣的信號波形點(diǎn)顯示在示波屏幕的右面，而當(dāng)又有新的波形點(diǎn)時(shí)，原先的點(diǎn)就往左移。于是，顯示的波形在屏幕上不斷地向左推進(jìn)夕如同走紙記錄一樣。而且，在任何時(shí)候，當(dāng)推進(jìn)中的波形出現(xiàn)某種現(xiàn)象戌其它東西時(shí)，可以設(shè)法把波形凍結(jié)刀起來。觸發(fā)電平可以設(shè)定為用以觀察某些與鱅發(fā)有關(guān)的現(xiàn)象多如觸發(fā)前(或后)一段時(shí)間內(nèi)的現(xiàn)象-觸發(fā)前(或后)時(shí)間的長短，決定于觸發(fā)ii或后)所收集信號的數(shù)量。前觸發(fā)常用來保證捕捉到暫態(tài)脈沖的全部前沿，觸發(fā)電平應(yīng)設(shè)置得足夠高，以免寄圭的噪音造成觸發(fā)。前觸發(fā)操作就是采集足夠的觸發(fā)點(diǎn)之前的數(shù)據(jù)。一般說來，當(dāng)要研究一個(gè)信號觸發(fā)前的條件或觸發(fā)后的皙態(tài)現(xiàn)象時(shí)，皆可采用前/后觸發(fā)模式。視覺混淆問題的討論采用點(diǎn)(虛線)直接顯示數(shù)據(jù)的方式，有時(shí)不能完整池顯示波形。當(dāng)觀測波形不屬7C單純的形狀而含有高頻成分或較大失真成分的情況下，經(jīng)常發(fā)生對波形不能充分采㈤溝現(xiàn)象夕因而引起不同形式的視覺混淆。

用點(diǎn)直接顯示數(shù)據(jù)時(shí)所產(chǎn)生的混淆現(xiàn)象稱為視覺誤差。這種誤差產(chǎn)生在低千T~yq讓一iSS頻率的信號中盡管在理論上采樣是以適當(dāng)?shù)拈g隔進(jìn)行的夕但所看到的卻是錯(cuò)誤信號。因?yàn)槿说娜庋劬哂邪鸦榭拷狞c(diǎn)直接關(guān)連起來加以判斷的特性，所以當(dāng)信號采集太足時(shí)J柜鄰近的點(diǎn)被人的肉眼習(xí)慣地連一幅圖像，但這些點(diǎn)在時(shí)間上不一定是最近點(diǎn)，因而造成視覺誤差。因?yàn)楫?dāng)數(shù)字化速率太低時(shí)，采樣點(diǎn)并不總在波峰或靠近波峰上取出，所顯示的波形猶如調(diào)幅波。這種混淆現(xiàn)象稱為包絡(luò)誤差，它是每周采樣數(shù)的函數(shù)(即采樣密度).隨著數(shù)字化速率的減小，包絡(luò)誤差將增大。說明即使在使用矢量內(nèi)插器校正采樣點(diǎn)時(shí)，也會造成視覺包絡(luò)。要消除這種包絡(luò)誤差必須要有足夠的采樣點(diǎn)數(shù)或采用正弦內(nèi)插顯示。

上述幾種不同形式的混淆，都是由于數(shù)字化速率不足，使波形的分辨率降低，從而產(chǎn)生視覺誤差而這成的.迗些簾因同時(shí)也導(dǎo)致了有效存儲帶寬受到限潮~按照采樣理論1要描述出信號的特征，就要對正弦波每周期采樣兩次以上。這盡管在數(shù)學(xué)上可以成旦實(shí)際工程中每周期只采樣兩次所表示的信號往往是不可理解的，因此，為保證信號顯示的分辨率，要求采樣次數(shù)超過奈奎斯特頻率。◆

參考文獻(xiàn)：

[1] 王雷,王廣柱. 脈寬調(diào)制功率放大器的設(shè)計(jì)[J]電測與儀表, 2001,(06) .

作者單位：西北民族大學(xué)榆中校區(qū)電氣工程學(xué)院 05級電子信息專業(yè)