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  • 示波器的带宽与采样率是什么关系 带宽是反映信号频率通过能力,带宽越大,对信号中的各种频率成分(特别是高频成分)能准确有效地放大与显示,也就较为准确,如果带宽不够,那就会损失很多高频成分,信号自然就显示不...

    带宽的定义

      带宽应用的领域非常多,可以用来标识信号传输的数据传输能力、标识单位时间内通过链路的数据量、标识显示器的显示能力。

      1.在模拟信号系统又叫频宽,是指在固定的时间可传输的资料数量,亦即在传输管道中可以传递数据的能力。通常以每秒传送周期或赫兹(Hz)来表示。

      2.在数字设备中,带宽指单位时间能通过链路的数据量。通常以bps来表示,即每秒可传输之位数。

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      示波器带宽

      示波器带宽是指输入一个幅度相同,频率变化的信号,当示波器读数比真值衰减3dB时,此时的频率即为示波器的带宽。也就是说,输入信号在示波器带宽处测试值为真值-3dB,带宽不是示波器能显示的最高频率。一般情况下,示波器带宽应为所测信号最高频率的3~5倍。

      对于经常跟示波器打交道的电子工程师来说,示波器的带宽无疑是他们最关心的指标之一。带宽直接影响信号的保真度和测量的准确度。我们通常所说的带宽是指-3dB带宽,如图 1所示。在200M带宽的示波器上输入200M的正弦波,理论上其幅度会下降3dB。然而,你若对此时测量到的信号幅度除以0.707,想以此获得真实的信号的幅度,得到的结果却未必正确。因为实际上,示波器在设计时,为了保证带宽参数和减小信号失真,在带内的信号衰减幅度通常会小于3dB。所以,200M带宽是一个设计指标,保证对200M以内的正弦波幅度的衰减不超过3 dB,以提供较好的测量置信度。

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      采样率简介

      采样频率,也称为采样速度或者采样率,定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数,它用赫兹(Hz)来表示。采样频率的倒数是采样周期或者叫作采样时间,它是采样之间的时间间隔。通俗的讲采样频率是指计算机每秒钟采集多少个信号样本。

      采样定理

      所谓采样定理,又称香农采样定理,奈奎斯特采样定理,是信息论,特别是通讯与信号处理学科中的一个重要基本结论。

      采样是将一个信号(即时间或空间上的连续函数)转换成一个数值序列(即时间或空间上的离散函数)。采样定理指出,如果信号是带限的,并且采样频率高于信号带宽的两倍,那么,原来的连续信号可以从采样样本中完全重建出来。

      带限信号变换的快慢受到它的最高频率分量的限制,也就是说它的离散时刻采样表现信号细节的能力是有限的。

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      采样定理是指,如果信号带宽不到采样频率的一半(即奈奎斯特频率),那么此时这些离散的采样点能够完全表示原信号。高于或处于奈奎斯特频率的频率分量会导致混叠现象。大多数应用都要求避免混叠,混叠问题的严重程度与这些混叠频率分量的相对强度有关。

      采样频率必须大于被采样信号带宽的两倍,另外一种等同的说法是奈奎斯特定律必须大于被采样信号的带宽。如果信号的带宽是100Hz,那么为了避免混叠现象采样频率必须大于200Hz。换句话说就是采样频率必须至少是信号中最大频率分量频率的两倍,否则就不能从信号采样中恢复原始信号。

      在模拟视频系统中,采样率定义为帧频和场频,而不是概念上的像素时钟。图像采样频率是传感器积分周期的循环速度。由于积分周期远远小于重复所需时间,采样频率可能与采样时间的倒数不同。

      50Hz-PAL视频

      60/1.001Hz-NTSC视频

      当模拟视频转换为数字视频的时候,出现另外一种不同的采样过程,这次是使用像素频率。一些常见的像素采样率有:

      13.5MHz-CCIR601、D1video

      高频luminance成分的混淆现象作为摩尔纹出现。

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      示波器的带宽与采样率是什么关系

      带宽是反映信号频率通过能力,带宽越大,对信号中的各种频率成分(特别是高频成分)能准确有效地放大与显示,也就较为准确,如果带宽不够,那就会损失很多高频成分,信号自然就显示不准确了,出现较大误差。而采样率是将模拟量转换为数字量时对信号转换的频率(即每秒采集次数),这个频率越高,单位时间内对信号的采集就越多,信号中的信息就保留越多,丢失信息就少,转换出的数字量就能准确反映信号的数值,再由LCD显示就能较为准确完整显示信号波形,采样点越多,显示的点就越多,就越清晰。

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      对数字式示波器至少有两部分:被测信号的Y通道和采样部分。Y通道是放大(或衰减)被测信号的,带宽是针对Y通道而言。假如Y通道能对0~10MHz范围所有正弦信号均匀而不失真的放大,则它的带宽就是10MHz。由于复杂波形的信号由各种不同谐波的正弦信号组成,而且这些谐波构成的带宽可能很宽,所以,为了保证真实放大复杂信号,你的Y通道的带宽越大越好。

      仅有带宽足够的Y通道还不够,为了捕获波形,你还得对经过Y通道放大的信号进行采样啊!这个采样的快慢就是采样速率。采样速率越快,单位时间内对复杂波形捕获的点也就越多,最后拼装显示出来的波形就越接近真实的复杂信号。

      所以,带宽和采样速率虽然是两个不同的参数,但它们都对真实还原被测波形都非常重要。

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  •  示波器带宽 示波器带宽是指输入一个幅度相同,频率变化的信号,当示波器读数比真值衰减3dB时,此时的频率即为示波器的带宽。也就是说,输入信号在示波器带宽处测试值为真值-3dB,带宽不是示波器能显示的频率。...
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    DSP的灵魂——采样率

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    每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数称为采样率,用赫兹(Hz)来表示。

    采样率的倒数是采样周期或者叫作采样时间,它是采样之间的时间间隔。

    通俗的讲采样率是指计算机每秒钟采集多少个声音样本,是描述声音文件的音质、音调,衡量声卡、声音文件的质量标准。

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    DSP采样密度对声音还原的影响

    采样率越高,即采样的时间间隔越短,则在单位时间内计算机得到的声音样本数据就越多,对声音波形的表示也越精确,还原就越真实越自然。下面我们来看一组对比图,如下图:

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    DSP中采样频率与声音频率的关系

    采样频率与声音频率之间有一定的关系,根据奈奎斯特理论(在理想低通的条件下–没有噪声,带宽有限的信道,极限码元速率是2W 波特。W是信道带宽,单位是Hz. 每个码元离散状态的数目用V表示,则:极限传输速率 = 2Wlog2V。从公式可看出信道带宽W和码元离散状态的数目V越大,则极限传输速率越大)

    也就是说只有采样频率高于声音信号最高频率的两倍时甚至更高,才能把数字信号表示的声音还原成为原来的声音。这就是说采样率是衡量声卡采集、记录和还原声音文件的质量标准。

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    专业的DSP

    现在汽车音响DSP备受车友的喜爱,那么怎么选择一款高端专业的DSP,高采样率是挑选DSP的其中一项重要指标。

    现在目前汽车音响DSP的采样率可高达192KHz/24bit,比如MOSCONI GLADEN DSP 8TO12 AEROSPACE每一路处理都单独高达192KHz/24bit,这是益于它使用真正高端专业的DSP芯片ADAU1452。

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    ▲MOSCONI GLADEN DSP 8TO12 AEROSPACE

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  • 示波器都具有一定的带宽、采样率和存储深度,正确的选择具有合适的带宽、采样率和存储深度的示波器,才能保证波形测量的准确性。例如下面的这一款采样率2.5 GS/s 、带宽500MHz示波器。记录长度:62.5MPoints采样率:...

    示波器都具有一定的带宽、采样率和存储深度,正确的选择具有合适的带宽、采样率和存储深度的示波器,才能保证波形测量的准确性。

    例如下面的这一款采样率2.5 GS/s 、带宽500MHz示波器。

    记录长度:62.5MPoints

    采样率:1.25GS/s,单通道。

    带宽:500MHz

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    1、采样率S

    采样率是示波器内部的ADC每秒采样的点数,其倒数1/S就是二次采样的时间间隔。为了避免信号的混叠,信号频率必须小于1/2采样频率,也就是采样率应该大于波形频率的2倍,示波器一般采样率是带宽的5倍,比如500M带宽的示波器,使用2.5G采样率。

    2、存储深度

    如果设定了示波器的时基,也就是示波器横坐标每大格的时间,满屏格数为10,那么满屏时间TFull= 格数*时基,若时基为1ms/格,满屏时间就是10ms。

    满屏时间是示波器抓取波形的总时间,也就是时域波形所记载的时间长度。示波器的存储深度为:

    H=TFull*S

    通常示波器觉有最大存储深度,如果记录波形长度达到最大存储深度,随着TFull增加、也就是存储波形的时间增加,示波器的采样率S会自动下降,采样率降低,所得到波形就有可能失真。

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    图1:时基10ms/格,采样率62.5MS/s,存储深度6.25M

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    图2:时基1ms/格,采样率625MS/s,存储深度6.25M

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    图3:时基500us/格,采样率1.25GS/s,存储深度6.25M

    由图1、图2和图3,时基为500us/格,使用系统的采样率1.25GS/s;时基大于500us/格,随着时基增大,采样率减小,采样率和满屏时间的乘积保持不变,为系统最大的存储深度。

    由图4和图5,时基为200us/格,系统将使用插入采样率,随着时基的减小,插入采样率不断增大。时基降到为5us/格时,插入采样率达到最大值125GS/s,存储深度保持不变。

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    图4:时基200us/格,插入采样率3.125GS/s,存储深度6.25M

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    图5:时基5us/格,插入采样率125GS/s,存储深度6.25M

    由图6和图7到图10,时基减小到2us/格,然后继续减小时,插入采样率不再变化,保持最大的插入采样率125GS/s,但存储深度不断减小,存储深度依然满足上述公式。 

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    图6:时基2us/格,插入采样率125GS/s,存储深度2.5M

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    图7:时基1us/格,插入采样率125GS/s,存储深度1.25M

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    图8:时基500ns/格,插入采样率125GS/s,存储深度625K

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    图9:时基50ns/格,插入采样率125GS/s,存储深度62.5K

    图10、图11和图12,可以看到:随着时基最大,采样率下降,采样点间隔明显变大,对于变化速度非常快的高频信号的上升、下降沿,要想测量到更真实的信号,必须保证合适的采样率。

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    图10:时基1ms/格展开波形

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    图11:时基500us/格展开波形

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    图12:时基50us/格展开波形

    时域的波形同样可以在频域进行傅里叶变化,1/TFull:频域内,频带的最小步长,也就是最小频率间隔,对于方波,一阶到二阶滚降的转折点频率为:max(1/3.14*Tr,1/3.14*Tf),Tr、Tf为上升沿和下降沿时间。

    作者:刘松

    来源:松哥电源

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  • 纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量。它主要有以下害处:1.1....1.4.会干扰数字电路的逻辑关系,影响其正常工作;1.5.会带来噪音干扰,使图像设备、音响设备不能...

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    一、什么叫纹波? 


    纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的交流分量。


    它主要有以下害处:1.1.容易在用电器上产生谐波,而谐波会产生更多的危害;1.2.降低了电源的效率;1.3.较强的纹波会造成浪涌电压或电流的产生,导致烧毁用电器;1.4.会干扰数字电路的逻辑关系,影响其正常工作;1.5.会带来噪音干扰,使图像设备、音响设备不能正常工作二、纹波、纹波系数的表示方法


    可以用有效值或峰值来表示,或者用绝对量、相对量来表示;单位通常为:mV例如:一个电源工作在稳压状态,其输出为12V5A,测得纹波的有效值为10mV, 这10mV就是纹波的绝对量,而相对量,即纹波系数=纹波电压/输出电压=10mv/12V=0.12%。三、纹波的测试方法


    3.1.以20M示波器带宽为限制标准,电压设为PK-PK(也有测有效值的),去除示波器控头上的夹子与地线(因为这个本身的夹子与地线会形成环路,像一个天线接收杂讯,引入一些不必要的杂讯),使用接地环(不使用接地环也可以,不过要考虑其产生的误差),在探头上并联一个10UF电解电容与一个0.1UF瓷片电容,用示波器的探针直接进行测试;如果示波器探头不是直接接触输出点,应该用双绞线,或者50Ω同轴电缆方式测量。四、开关电源纹波的主要分类


    开关电源输出纹波主要来源于五个方面:4.1.输入低频纹波;4.2.高频纹波;4.3.寄生参数引起的共模纹波噪声;4.4.功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声;4.5.闭环调节控制引起的纹波噪声。五、电源纹波测试


    纹波是叠加在直流信号上的交流干扰信号,是电源测试中的一个很重要的标准。尤其是作特殊用途的电源,如激光器电源,纹波则是其致命要害之一。所以,电源纹波的测试就显得极为重要。


    电源纹波的测量方法大致分为两种:一种是电压信号测量法;另一钟是电流信号测量法。一般对于恒压源或纹波性能要求不大的恒流源,都可以用电压信号测量法。而对于纹波性能要求高的恒流源则最好用电流信号测量法。


    电压信号测量纹波是指,用示波器测量叠加在直流电压信号上的交流纹波电压信号。对于恒压源,测试可以直接用电压探头测量输出到负载上的电压信号。对于恒流源的测试,则一般是通过使用电压探头,测量采样电阻两端的电压波形。整个测试过程中,示波器的设置是能否采样到真实信号的关键。

    所用的仪器是:配有电压测量探头的TDS1012B示波器。测量之前需要进行如下设置。1.通道设置:耦合:即通道耦合方式的选择。纹波是叠加在直流信号上的交流信号,所以,我们要测试纹波信号就可以去掉直流信号,直接测量所叠加的交流信号就好。

    宽带限制:关


    探头:首先选用电压探头的方式。然后选择探头的衰减比例。必须与实际所用探头的衰减比例保持一致,这样从示波器所读取数才是真实的数据。比如,所用电压探头放在×10档,则此时,这里的探头的选项也必须设置为×10档。2.触发设置:类型:边沿信源:实际所选择的通道,如,准备用CH1通道进行测试,则此处就应该选择为CH1。

    斜率:上升。


    触发方式:如果是在实时地观察纹波信号,则选择‘自动’触发。示波器会自动跟随实际所测信号的变化,并显示。这个时候,你也可通过设置测量按钮,实时地显示你所需要的测量的数值。但是,如果你想要捕捉某次测量时的信号波形,则需要将触发方式设置为‘正常’触发。此时,还需要设置触发电平的大小。一般当你知道你所测量的信号峰值时,将触发电平设置为所测信号峰值的1/3处。如果不知道,则触发电平可以设置的稍微小一些。


    耦合:直流或交流…,一般用交流耦合。3.采样长度(秒/格):采样长度的设置决定能否采样到所需要的数据。当所设置的采样长度过大时,就会漏掉实际信号中的高频成分;当所设置的采样长度过小时,就只能看到所测实际信号的局部,同样无法得到真实的实际信号。所以,在实际测量时,需来回旋转按钮,仔细观察,直到所显示波形是真实的完整的波形。4.采样方式:可根据实际需要设定。如,要求测量纹波的P-P值,则最好选择峰值测量法。采样次数也可根据实际需要设定,这与采样频率及采样长度有关。5.测量: 通过选择对应通道的峰值测量,示波器就可以帮你把所需要的数据及时显示出来。同时也可以选择对应通道的频率、最大值、均方根值等。通过对示波器进行合理设置和规范的操作,一定可以得到所需的纹波信号。但是,在测量过程中一定要注意防止其它信号对于示波器探头自身的干扰,以免所测量的信号不够真实。通过电流信号测量法测量纹波值是指,测量叠加在直流电流信号上的交流纹波电流信号。对于纹波指标要求比较高的恒流源,即要求纹波比较小的恒流源,采用电流信号直接测量法可以得到更加真实纹波信号。与电压测量法不同的是,这里还用到了电流探头。比如,继续用上述的示波器,再加一个电流放大器和一个电流探头。此时,只需用电流探头夹住输出到负载的电流信号,就可以进行电流测量法来测量输出电流的纹波信号了。与电压测量法一样,整个测试过程中,示波器及电流放大器的设置是能否采样到真实信号的关键。其实,用这种方法测量时,示波器的基本设置及用法与上述相同。不同的是,通道设置中探头的设置有所不同。在这里,需要选则电流探头的方式。然后,选择探头的比例,必须与放大器所设置的这个比例相同,这样从示波器所读取数才是真实的数据。比如,所用放大器的这个比例设置为5A/V,则此时示波器的这一项也需设置为5A/V。至于电流放大器的耦合方式,当示波器的通道耦合已经选择为交流耦合时,则这里选择交流或直流都可以。


    需要注意的是,用这种方法时,需先打开示波器,然后再打开电流放大器。且,记得在使用前对电流探头先消磁。另外,测量电源纹波本身有一定技巧性。图1给出了一个不当使用示波器测量电源纹波的实例。在这个例子中出现了几个错误,首先是使用了接地线很长的示波器探针;其二是让由探针和接地线形成的回路靠近功率变压器和开关元件;最后是允许在示波器探针和输出电容之间形成额外的电感。其结果带来的问题是在测得的纹波波形中携带了拾取的高频成分。在电源中有许多很容易耦合到探针中的高速的、大电压和电流信号波形,其中包括来自功率变压器的磁场耦合、来自开关节点的电场耦合、以及由变压器交绕(interwinding)电容产生的共模电流。

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    图1:不当的纹波测量得到糟糕的结果

    采用正确的测量技术可切实改善纹波测量的结果。首先,通常会规定纹波的带宽上限,以避免拾取超出纹波带宽上限的高频噪声,应该给用于测量的示波器设定合适的带宽上限。其次,可以通过摘掉探针的“帽子”来去掉接地长引线形成的天线。如图2所示,我们把一段短线绕在探针接地引线周围,并使之与电源地相连接。这样做附带的好处是缩短暴露在电源附近高强度电磁辐射中的探针长度,从而进一步减少高频拾取。


    最后,在隔离电源中,真正的共模电流是由在探针接地引线中流动的电流产生的,这就使得在电源地和示波器地之间产生电压降,表现为纹波。要抑制这个纹波,需要在电源设计中仔细考虑共模滤波问题。


    此外,把把示波器引线绕在铁芯上可减小这个电流,因为这样会形成一个不影响差分电压测量、但可降低由共模电流产生的测量误差的共模电感。图2显示了采用改进测量技术对同一电路得到的纹波电压测量结果。可以看到,高频尖刺已几乎消除。

     a02e517a4fdd2f2dc7fd2ff3c75abad1.png图2:四种简单改进极大地改善了测量结果

    事实上,当电源集成到系统中之后,电源纹波性能甚至会更好。在电源和系统其它部分之间几乎总会存在一定量的电感。电感可能是由导线或在印刷线路板上的蚀刻线形成的,而在芯片附近总会有作为电源负载的附加旁路电容,这两者形成低通滤波效应并进一步降低电源纹波和/或高频噪声。


    举一个极端的例子,由电感量为15nH的长一英寸的短线和电容量10μF的旁路电容构成的滤波器,其截止频率为400kHz。该实例意味着能大幅减少高频噪声。该滤波器的截止频率比电源纹波频率低很多倍,可以切实降低纹波。聪明的工程师应该在测试过程中设法利用它。

    -END-

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  • K空间对于整个磁共振成像来说算是最难的部分了,在前文啃一啃硬骨头:K空间我们说过了K空间是一个二维频率空间,在我们的思维中可能有这么一种想法:K空间的频率编码轴对应图像二维视野的编码轴,相位编码轴对应图像...
  • 记得我2013年去EMC面试硬件工程师的时候,整个面试过程表现都还不错,最后问了我一些示波器的东西,提到了一个问题说,用一个带宽50M的示波器去采样一个100M的信号,结果是怎么样的?我当时没啥概念,不太会,幸好...
  • 音频中的采样率和比特率的关系

    千次阅读 2020-08-24 13:45:36
    采样频率,也称为采样速度或者采样率,定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数,它用赫兹(Hz)来表示。采样频率的倒数是采样周期,它是采样之间的时间间隔。通俗的讲采样频率是指计算机每秒钟采集多少...
  • 采样点数和采样频率的区别

    万次阅读 多人点赞 2018-04-03 10:36:46
    采样率决定了采样的精度。采样点数决定了每次传到pc内的数据量。比如点数设为1000,pc内会开辟初始大小1000的buffer(buffer大小可以自己改), 板卡就每采1000点往pc传一次。程序每次从buffer读1000点进行处理。所以...
  • 信号采样频率和信号频率关系

    万次阅读 2017-04-07 13:32:44
    对于一个256hz采样频率的信号,每个4个取一个点;消去的频率是64hz;;原理是,:采样频率是256,对应信号的最大频率是128hz,在原信号中每隔4个点取一个,在128hz中对应的就是每隔两个点去一个,去掉的是64hz的信号。
  • 采样频率采样率,转换速率

    千次阅读 2020-11-05 16:17:52
    转换速率 ...采样频率采样率,采样时间 采样频率的单位是HZ,即周期的倒数。 采样率是每秒钟采样点的数量,单位SPS,其中SP代表采样点数。在采样时,1个Sample就是的采样的一个周期。 因此,两个单位在数
  • 例如:使用设备采集ECU的电流信号,设备采样频率为2KHZ,标准帧8字节数据帧CAN数据传输,传输的波特为500Kps。如何计算此波特是否足够?
  • 如果是100M的信号,那么采样率至少为200M,但是分成25M的4个通道后,采样率执行要50M就行。为何? 2. 基本通信传输概念 900MHz频段0.1ppm就是90Hz。1ppm是10的-6次方 【带宽W】3. 带宽,又...
  • 采样频率采样点数、频率分辨率

    千次阅读 2020-02-27 16:48:42
    一、什么叫纹波? 纹波(ripple)的定义是指在直流电压或电流中,叠加在直流稳定量上的...1.4.会干扰数字电路的逻辑关系,影响其正常工作; 1.5.会带来噪音干扰,使图像设备、音响设备不能正常工作二、纹波、纹...
  • 关于采样频率的因果关系是这样的: 1)最大多径时长决定了循环前缀/保护间隔的时长。 2)循环前缀/保护间隔会降低传输效率,为了保证一定的传输效率,有效OFDM符号时长必须远大于循环前缀/保护间隔时长,这样有效...
  • 例如实际生活中有个频率为100hz的...采集该信号后,我要进行FFT变换,此时又需要FFT采样频率fs。那么fs应当为 200hz或以上还是400hz或以上呢? 简单来说,我是不是采样了两次?是不是要用两次抽样定理,结果乘了4?
  • 带宽和采样频率

    万次阅读 多人点赞 2016-09-28 15:19:49
    今天被虐了,没有学过信号处理,在平时的学习中也没有注重这些基础知识. 带宽:带宽是反映信号频率通过能力,带宽越大,对信号中的各种频率成分(特别是高频成分...采样率: 而采样率是将模拟量转换为数字量时对信号转
  • 恢复信号所需的已知采样点数占信号总长度的比例P与采样频率有关,在一定条件下,提高采样频率,可使P远小于三分之一。已知的采样点可不限于从信号的第一点开始,也不限于是一段连续的采样点。本文的研究结果扩大了...

空空如也

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采样率和频率的关系