电子科技大学：《高速数据采集及处理技术 High Speed Data Acquisition and Processing》课程教学资源（课件讲稿）第7章 高分辨率采样技术（主讲：黄武煌）

例 高速数据采集技术一 高分辨率采样技术 自动化工程学院 黄武煌 主楼C2-305

第1页 高速数据采集技术— 高分辨率采样技术 自动化工程学院 黄武煌 主楼C2-305

高分辨率采样技术 >学习目标 >理解高分辨率采样的概念 >熟悉四类高分辨率采样技术 多点平均采样（间隔、滑动、ERES) 多幅平均采样（叠加） 时间同步采样（同时并行) 幅度分级采样（均匀分段、按需分段）

第2页 学习目标 高分辨率采样技术 理解高分辨率采样的概念 熟悉四类高分辨率采样技术 多点平均采样（间隔、滑动、ERES） 多幅平均采样（叠加） 时间同步采样（同时并行） 幅度分级采样（均匀分段、按需分段）

高分辨率采样相关概念 如何衡量信号采样的性能呢？ >分辨率 指在转换中所能分辨的最小量，通常用位数表示。 >精度 指在转换中实际值与理论值之间的偏差，通常用%或 者LSB表示。 >动态范围 指在转换中所能识别的最大值与最小值的比值 >有效分辨率（有效位数)、信噪比、 信纳比等

第3页 高分辨率采样相关概念 分辨率 如何衡量信号采样的性能呢？ 精度 动态范围 有效分辨率（有效位数）、信噪比、 信纳比等 指在转换中所能分辨的最小量，通常用位数表示。 指在转换中实际值与理论值之间的偏差，通常用%或 者LSB表示。 指在转换中所能识别的最大值与最小值的比值

高分辨率采样相关概念 影响采样性能影响因素有哪些呢？ >噪声 不相关：来自诸如放大器和ADC内部电路 的有源器件的电阻噪声，也称为热噪声； 相关：由于量化器有限的位数以及量化不 确定性导致的量化噪声。 >量化误差 由分辨率决定，只能减小，不可消除

第4页 高分辨率采样相关概念 量化误差 影响采样性能影响因素有哪些呢？ 噪声 由分辨率决定，只能减小，不可消除。 不相关：来自诸如放大器和ADC内部电路 的有源器件的电阻噪声，也称为热噪声； 相关：由于量化器有限的位数以及量化不 确定性导致的量化噪声

高分辨率采样相关概念 >量化误差与有效位数 若只存在量化误差情况下，量化噪声有效值为 V =q/v12 SWR=6.02W+1.76dB 在过采样情况下，量化噪声有效值转为 V =g/v12K K为过采样倍数 2f =06+0g证 结论：采样率每增加2倍，信噪比可以提高约3dB, 即0.5位分辨率

第5页 高分辨率采样相关概念 量化误差与有效位数 若只存在量化误差情况下，量化噪声有效值为 SNR N   6.02 1.76 dB / 12 V q n  在过采样情况下，量化噪声有效值转为 / 12 V q K n  6.02 1.76 10lg( ) dB 2 s i f SNR N f    K为过采样倍数 2 s i f f 结论：采样率每增加2倍，信噪比可以提高约3dB， 即0.5位分辨率

高分辨率采样相关概念 >量化表现 不同分辨率下的波形采样结果 8-bit 12-bit 量化误差 更高分辨率（分辨位数)，能够识别出更小的信号电 压（更高的动态范围)，也就能够更准确地观测波形

第6页 高分辨率采样相关概念 量化表现 不同分辨率下的波形采样结果 更高分辨率（分辨位数），能够识别出更小的信号电 压（更高的动态范围），也就能够更准确地观测波形

高分辨率采样相关概念 >量化表现 不同分辨率下的波形采样结果 8 steps 0.8 30 steps apniidjwe 0.2 480500520540560 480500520540560 580 0.4 Seems -0.6 Exposes clearer 0 normal signa -0. glitch signal 500 10001500 2000 2500 3000 3500 4000 500 10001500 2000 2500 3000 3500 4000 time time 更高分辨率（分辨位数)，能够识别出更小的信号电 压（更高的动态范围)，也就能够更准确地观测波形

第7页 高分辨率采样相关概念 量化表现 不同分辨率下的波形采样结果 更高分辨率（分辨位数），能够识别出更小的信号电 压（更高的动态范围），也就能够更准确地观测波形

高分辨率采样技术 >多点间隔平均模式 N个，点间隔平均：从一组采样数据中每N 个采样，点里抽取1个平均值作为存储或显 示所使用的方式。 Samples are averaged 注： 只应用采样的均值组成一个 original 新的采样数据组，剩下的采 samples 样点直接去除。 可提高分辨位数： "Hi-Res" R=-l0g:N Decimation 2 Placement in the middle of the decimated group

第8页 高分辨率采样技术 多点间隔平均模式 N个点间隔平均：从一组采样数据中每N 个采样点里抽取1个平均值作为存储或显 示所使用的方式。 注： 只应用采样的均值组成一个 新的采样数据组，剩下的采 样点直接去除。 可提高分辨位数： 2 1 log 2 R N 

高分辨率采样技术 >多点间隔平均模式 N个，点间隔平均：从一组采样数据中每N 个采样点里抽取1个平均值作为存储或显 示所使用的方式。 Samples are averaged 分析带宽变化为： original samples B=0.5f./N 可提高分辨位数： “Hi-Res" R=-l0g:N Decimation 2 Placement in the middle of the decimated group

第9页 高分辨率采样技术 多点间隔平均模式 N个点间隔平均：从一组采样数据中每N 个采样点里抽取1个平均值作为存储或显 示所使用的方式。 可提高分辨位数： 2 1 log 2 R N  0.5 / B f N  s 分析带宽变化为：

高分辨率采样技术 >多点滑动平均模式 N点滑动平均：每一个输出样，点代表了N 个连续输入样点的平均值。也称为矩形滤 波或者滑动平均滤波，可作为高分辨率数 据处理的方式。 Output Samples A3(n-2) A3(n-1) A3(n) A3(n+1) A3(n+2) 分析带宽变化为： B=0.44f、/W ÷3 可提高分辨位数： R=-10g2 N x(n-1) x(n) x(n+1) xn+2) x(n+3) 2 Input Samples

第10页 高分辨率采样技术 多点滑动平均模式 N点滑动平均：每一个输出样点代表了N 个连续输入样点的平均值。也称为矩形滤 波或者滑动平均滤波，可作为高分辨率数 据处理的方式。 A3(n-2) A3(n-1) A3(n) A3(n+1) A3(n+2) ÷3 + ÷3 + ÷3 + ÷3 + ÷3 + Output Samples …… Input Samples …… …… x(n-1) x(n) x(n+1) x(n+2) x(n+3) …… …… …… …… 可提高分辨位数： …… 2 1 log 2 R N  0.44 / B f N  s 分析带宽变化为：