帶寬和采樣率是功率分析儀比較重要的兩個參數(shù)。功率分析儀帶寬和采樣率的選擇與其應用范圍、測量對象是相關(guān)的。
什么是帶寬?
帶寬是指在允許的衰減范圍內(nèi)模擬輸入前端允許通過的較大頻率信號的范圍,在這個頻率范圍內(nèi),輸入信號通過模擬前端幅值具有較小的衰減──從接線端子或測試設備到達ADC的輸入端。帶寬定義為正弦信號衰減為原振幅的0.707時的頻率,也被稱作-3dB頻率。下圖為100MHz帶寬的高速數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的典型輸入頻率響應曲線。
數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品的帶寬較好比被測量的信號中的較高頻率值高3~5倍,以保證信號采樣時具有較小的幅值誤差(所需帶寬=(3~5)×被測信號頻率)。被測信號頻率的理論振幅誤差可以從數(shù)據(jù)采集板卡的帶寬與輸入信帶寬之間的比例(R)計算得知。
例如,在使用200KHz高速數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品測量20KHz正弦信號時(其頻率比例R=10),誤差大約為0.01%。
什么是采樣率?
采樣率是測量一個或一組輸入信號的速率。
采樣率與模擬輸入端的帶寬參數(shù)并不直接相關(guān)。采樣率是指信號經(jīng)過模擬輸入路徑之后,ADC將輸入信號轉(zhuǎn)換為代表電壓幅值的數(shù)字編碼的速率,將模擬信號數(shù)字離散化的速度。這表示ADC是在模擬輸入通道對信號進行了衰減/放大、以及/或者濾波處理之后,才對信號進行取樣,并轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼。
功率分析儀的對輸入信號的測量是一個穩(wěn)態(tài)的過程:測量時必須分區(qū)間對測量數(shù)據(jù)進行處理,計算出計算結(jié)果。因此對于功率分析儀,在理論上,只要是有足夠的計算區(qū)間,可以獲取其帶寬之內(nèi)任意頻率的輸入信號的有效值等參數(shù)。
但是如果能夠更好的顯示輸入信號波形的細節(jié),則采樣率越高會越好。在一般實際應用中保證采樣頻率為信號頻率的5~10倍。
當被測信號頻率低于采樣率一半時,理論上功率分析儀可以有效還原被測信號的全部信息,獲取其各種參數(shù),但是當被測信號頻率高于采樣率一半時,此時由于混疊的存在,導致功率分析儀無法還原被測信號的全部信息,無法測量諧波等參數(shù),但是功率測量本身是一種穩(wěn)態(tài)測量,所以功率分析儀依然可以準確測量被測信號的有效值和功率等穩(wěn)態(tài)參數(shù)。
帶寬、采樣率是功率分析儀的基本參數(shù),與功率分析儀的功能和參數(shù)直接相關(guān)的,但是帶寬、采樣率并不能夠決定性能的好壞,只有是會影響其應用的范圍。實際使用并不是帶寬越寬越好,而是選擇合適的,帶寬過大,相對噪聲就大,測量精度就會降低。功率測量精度降低,諧波測量精度也會降低,同時由于混疊的存在,所以THD測量會可能偏大。相同帶寬情況下,如果儀器的本體噪聲相同,則采樣率越高,對被測的模擬信號離散化的信息就越多,越接近被測的模擬信號,從而保證測量精度也越高。
功率分析儀的采樣率在不同測量模式下會有區(qū)別:一是在基本測量模式下采用固定的采樣頻率,二是在諧波測量模式下,采用鎖相倍頻方式,采樣率與輸入信號頻率相關(guān)。