测得快和测得细,是一回事吗?

采样率和分辨率有什么区别?从时间轴的采样点、幅度轴的数字档位出发,读懂ADC测得快与测得细,并以AD9653模块说明16位和125 MSPS。

记录一个人跳跃时离地的高度,每秒记录100次,和用刻度更细的尺子量,是两种不同的改进。采集电信号时,也要分清“记录得多快”和“每次数值分得多细”:前者看采样率,后者看分辨率。

采样率:一秒记录多少次

ADC会按一定节拍读取输入电信号。采样率就是每秒取得的采样点数,常用S/s、kSPS或MSPS表示。好比给运动中的物体连续拍照,在相同的时间里记录更多点,观察快速变化时就有更多时间线索。

例如每秒采样100次,就得到100个按时间排列的数值;把采样率提高到每秒1000次,同一秒内的记录点会更密。实际能观察到多快的信号,还需结合模拟输入带宽、前端电路、时钟和采样设置。采样率说的是记录节奏,测量准确度还要看其他环节。

分辨率:每个数值分得多细

分辨率通常用“位”表示。在相同输入范围内,位数越多,理论上可划分的数字档位越多,像尺子的刻度变得更细。16位ADC对应65,536个理论码值,可把输入电压表示成更细的数字层次。

但细刻度要发挥作用,还需给信号合适的输入范围,并关注模拟前端、噪声、参考和校准。若小信号只占输入范围的一小部分,或采集链路本身有明显噪声,屏幕上可稳定区分的细节会受到影响。因此,看位数的同时,也要看实际信号条件和整机表现。

横向的点、纵向的档

把采样点画成波形,横向是时间,纵向是采样数值。对同一段信号,提高采样率,会在相同时间内获得更多记录点;提高分辨率,则是在相同输入范围内,用更细的码值描述每个点的高低。

前者帮助观察“变化发生得多快”,后者帮助区分“电压变化有多小”。两者可以同时提升,但解决的问题不同;画面是否清晰、读数是否稳定,还取决于信号和整条采集链路。

采样率比较横向采样点密度,分辨率比较纵向数值档位

图1:同一段时间内,采样点越密,时间记录越细;同一输入范围内,理论数值档位越多,幅度分档越细。

用现有AD9653采集模块看两个参数

以官网的AD9653 FMC采集模块为例,AD9653器件标注16位、最高125 MSPS:16位对应每个采样点的理论幅度分档,125 MSPS对应每个通道的最高采样节奏。把两个数字分别放回幅度轴和时间轴,就容易读懂它们的作用。

工作状态下的AD9653采集模块

图2:现有AD9653采集模块实物。选择整套系统时,还要结合输入范围、前端、时钟、FPGA接收和数据传输条件。

选型前,先说清想观察什么

要看变化很快的过程,先说明信号的最高频率和持续时间;要分辨细小的幅度变化,再说明信号大小、输入范围与希望区分的差别。通道数、记录多久、是否需要持续保存,也会影响配置。带着这些信息浏览ADC采集产品与方案,更容易判断需要怎样的采集模块。

您更想看清快速变化,还是分辨细小变化?欢迎告诉我们准备采集什么信号,我们一起核对合适的方案。

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