关于带宽和采样频率,有一个经常被问到的问题:你是如何能测量一个500khz的信号,而只有100khz的采样率呢?很多人认为采样定理也称为奈奎斯特或香农定理必须满足要求才能计算数值。这个不是真的,只有为了少数目的,这些目的对我们的测量是相关的:1你希望分析在时域中的信号2你希望数字滤波3你希望生成fft或dft
对于我们测量dc,trms或功率数据的目的是不需要满足的。理由很简单:所有这些数值都是原理统计的数值平均值,均方值,。因此添加数值以获得总数和的指令并不重要。一个简单的例子:你有一个频率50hz,幅值是1的正弦波和一个200hz的采样频率。你采样了正弦波的第一个周期,结果如下相位角/幅值:0/0,90/1,180/0和270/-1。所以总和是零。现在让我们用同一个信号,但是用40hz的采样频率,我们采几个周期数据。这是结果周期/相位角/幅值:1/0/0,2/90/1,3/180/0,4/270/-1。你看你需要4个周期,但是你得到了完全相同的采样值。
现在让我们假设采样频率是28.6hz=1/0.035s,我们再次采几个周期数据。这是结果周期/相位角/幅值:1/0/0,2/270/1,4/180/0,6/90/-1。你看采样值的顺序改变了,但是总和再次是一样的。你将得到与采样频率无关的波形的相同统计值。重要的是,波形的每个点都被采样,这可能需要几个信号周期才能得到。这种工作原理称为欠采样。到问题:最短的循环刷新时间是10ms。所以500khz2s周期时间的信号采样至少需要5000个周期!更长的循环时间,包含更多的信号周期。
如上面提到的你必须满足香农定理,如果你想执行傅里叶变换的话。在原理上你的信号带宽必须小于采样频率的一半。所以在100khz采样频率下,信号带宽不应超过50khz。如果它更大,你可能会出现混叠情况这意味着你看到的信号是在错误的频率与错误的幅值。在实际中,标准iec61000-4-7定义了不会得到混叠的满足条件是拒绝-50db。在原理上有2种可行的方法满足这个要求:1 不确定的方法是当信号具有理论上一个小带宽。典型的是在广播站以低带宽传输。这可能会由于耦合而导致混叠。2安全的方法是在仪器内使用抗混叠滤波器。这也拒绝了外部耦合到信号中的分量。仪器本身屏蔽的,这样就不会发生问题。这个抗混叠滤波器是自动在仪器内使用的,如果你选择了谐波模式。当然,这个滤波器没有无限的陡峭(0db<50khz, -50db >50khz)。所以你可以测量直到10khz的谐波。在10khz到50khz的范围内,滤波器下降到-50db。