采样次数够多,为什么还要“采得准时”?

ADC采样次数多,为什么还要采得准时?了解采样率、采样时钟抖动与高频信号读数的关系,并核对MA1101采集系统配置。

假设按约定每隔一小段时间拍一张照片:拍了多少张,是一个问题;每张是否在约定时刻拍下,是另一个问题。ADC采集电压也一样。采样率告诉我们一秒取多少个点,采样时刻的稳定性则影响每个点对应的是波形上的哪个瞬间。选择ADC采集系统时,这两件事要一起看。

每秒取几次,与何时取到,是两件事

ADC按采样时钟的节奏,把输入电压转换成一串数字。假设设置为每秒采样100次,理想情况下,相邻两次采样的时间间隔相同;实际取样时刻若有细小的前后变化,就出现了时钟抖动。它不会把“每秒约100次”的平均节奏直接变成另一档采样率,却会改变个别采样点对应的瞬间。

电脑屏幕刷新得流畅,也不能据此判断采样时钟有多稳定。选型时应查看采集板卡、时钟来源以及实际工程的配置,再讨论所需的测量效果。

同样的时间偏差,落在波形哪里很重要

把波形想成一条有平缓路段、也有陡坡的曲线。平缓处电压变化较慢,采样时刻稍有偏移,两次可能读到相近的电压;陡峭处电压变化更快,同样的时间偏移就可能对应更大的电压差。采样值看起来变动,原因可能与取样时刻有关,还需要结合信号和整个采集链核对。

同样时间偏移在波形平缓处和陡峭处对应不同电压差的原理示意

图1:两处采用相同的时间偏移;图中电压差只表示变化趋势,不代表某款板卡的实测误差。

信号变化快时,时钟要怎样考虑

要观察的信号越快、波形边缘越陡,采样时刻偏差对读数的影响通常越值得关注。尤其在高频输入下,时钟质量会影响采集结果中的噪声表现。因此,核对采样率之外,还应说明输入信号的频率范围、期望区分的细节和可接受的测量误差。

提高采样率可以让时间轴上留下更多点;时钟稳定性则要结合时钟源、板卡设计与测试条件单独评估。实际效果也会受到模拟前端、输入幅度和其他噪声来源影响。

选系统时先说清要观察什么

如果只是看缓慢变化的趋势,和要分析快速波形的细节,关注的条件不同。准备需求时,可以列出信号来源、频率或最快变化、输入幅度、通道数,以及是否要比较多路信号的先后关系。多通道比较还需核对通道间的采样安排和同步方式。

以MA1101 ADS54J69高速采集卡为例,可从产品资料了解采集卡及其接口;具体时钟配置及测量结果应按所选系统资料与实际测试确认。

正在选择ADC采集系统,可以先说明想观察的信号和用途,再查看ADC采集产品与方案,一起核对采样率、时钟与前端配置。

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