帶寬的定義

帶寬應(yīng)用的領(lǐng)域非常多，可以用來(lái)標(biāo)識(shí)信號(hào)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸能力、標(biāo)識(shí)單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)鏈路的數(shù)據(jù)量、標(biāo)識(shí)顯示器的顯示能力。

1.在模擬信號(hào)系統(tǒng)又叫頻寬，是指在固定的時(shí)間可傳輸?shù)馁Y料數(shù)量，亦即在傳輸管道中可以傳遞數(shù)據(jù)的能力。通常以每秒傳送周期或赫茲(Hz)來(lái)表示。

2.在數(shù)字設(shè)備中，帶寬指單位時(shí)間能通過(guò)鏈路的數(shù)據(jù)量。通常以bps來(lái)表示，即每秒可傳輸之位數(shù)。

示波器帶寬

示波器帶寬是指輸入一個(gè)幅度相同，頻率變化的信號(hào)，當(dāng)示波器讀數(shù)比真值衰減3dB時(shí)，此時(shí)的頻率即為示波器的帶寬。也就是說(shuō)，輸入信號(hào)在示波器帶寬處測(cè)試值為真值-3dB，帶寬不是示波器能顯示的最高頻率。一般情況下，示波器帶寬應(yīng)為所測(cè)信號(hào)最高頻率的3~5倍。

對(duì)于經(jīng)常跟示波器打交道的電子工程師來(lái)說(shuō)，示波器的帶寬無(wú)疑是他們最關(guān)心的指標(biāo)之一。帶寬直接影響信號(hào)的保真度和測(cè)量的準(zhǔn)確度。我們通常所說(shuō)的帶寬是指-3dB帶寬，如圖 1所示。在200M帶寬的示波器上輸入200M的正弦波，理論上其幅度會(huì)下降3dB。然而，你若對(duì)此時(shí)測(cè)量到的信號(hào)幅度除以0.707，想以此獲得真實(shí)的信號(hào)的幅度，得到的結(jié)果卻未必正確。因?yàn)閷?shí)際上，示波器在設(shè)計(jì)時(shí)，為了保證帶寬參數(shù)和減小信號(hào)失真，在帶內(nèi)的信號(hào)衰減幅度通常會(huì)小于3dB。所以，200M帶寬是一個(gè)設(shè)計(jì)指標(biāo)，保證對(duì)200M以內(nèi)的正弦波幅度的衰減不超過(guò)3 dB，以提供較好的測(cè)量置信度。

采樣率簡(jiǎn)介

采樣頻率，也稱為采樣速度或者采樣率，定義了每秒從連續(xù)信號(hào)中提取并組成離散信號(hào)的采樣個(gè)數(shù)，它用赫茲(Hz)來(lái)表示。采樣頻率的倒數(shù)是采樣周期或者叫作采樣時(shí)間，它是采樣之間的時(shí)間間隔。通俗的講采樣頻率是指計(jì)算機(jī)每秒鐘采集多少個(gè)信號(hào)樣本。

采樣定理

所謂采樣定理，又稱香農(nóng)采樣定理，奈奎斯特采樣定理，是信息論，特別是通訊與信號(hào)處理學(xué)科中的一個(gè)重要基本結(jié)論。

采樣是將一個(gè)信號(hào)(即時(shí)間或空間上的連續(xù)函數(shù))轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)值序列(即時(shí)間或空間上的離散函數(shù))。采樣定理指出，如果信號(hào)是帶限的，并且采樣頻率高于信號(hào)帶寬的兩倍，那么，原來(lái)的連續(xù)信號(hào)可以從采樣樣本中完全重建出來(lái)。

帶限信號(hào)變換的快慢受到它的最高頻率分量的限制，也就是說(shuō)它的離散時(shí)刻采樣表現(xiàn)信號(hào)細(xì)節(jié)的能力是有限的。

采樣定理是指，如果信號(hào)帶寬不到采樣頻率的一半(即奈奎斯特頻率)，那么此時(shí)這些離散的采樣點(diǎn)能夠完全表示原信號(hào)。高于或處于奈奎斯特頻率的頻率分量會(huì)導(dǎo)致混疊現(xiàn)象。大多數(shù)應(yīng)用都要求避免混疊，混疊問(wèn)題的嚴(yán)重程度與這些混疊頻率分量的相對(duì)強(qiáng)度有關(guān)。

采樣頻率必須大于被采樣信號(hào)帶寬的兩倍，另外一種等同的說(shuō)法是奈奎斯特定律必須大于被采樣信號(hào)的帶寬。如果信號(hào)的帶寬是100Hz，那么為了避免混疊現(xiàn)象采樣頻率必須大于200Hz。換句話說(shuō)就是采樣頻率必須至少是信號(hào)中最大頻率分量頻率的兩倍，否則就不能從信號(hào)采樣中恢復(fù)原始信號(hào)。

在模擬視頻系統(tǒng)中，采樣率定義為幀頻和場(chǎng)頻，而不是概念上的像素時(shí)鐘。圖像采樣頻率是傳感器積分周期的循環(huán)速度。由于積分周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于重復(fù)所需時(shí)間，采樣頻率可能與采樣時(shí)間的倒數(shù)不同。

50Hz-PAL視頻

60/1.001Hz-NTSC視頻

當(dāng)模擬視頻轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻的時(shí)候，出現(xiàn)另外一種不同的采樣過(guò)程，這次是使用像素頻率。一些常見(jiàn)的像素采樣率有：

13.5MHz-CCIR601、D1video

高頻luminance成分的混淆現(xiàn)象作為摩爾紋出現(xiàn)。

示波器的帶寬與采樣率是什么關(guān)系

帶寬是反映信號(hào)頻率通過(guò)能力，帶寬越大，對(duì)信號(hào)中的各種頻率成分(特別是高頻成分)能準(zhǔn)確有效地放大與顯示，也就較為準(zhǔn)確，如果帶寬不夠，那就會(huì)損失很多高頻成分，信號(hào)自然就顯示不準(zhǔn)確了，出現(xiàn)較大誤差。而采樣率是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量時(shí)對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換的頻率(即每秒采集次數(shù))，這個(gè)頻率越高，單位時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)的采集就越多，信號(hào)中的信息就保留越多，丟失信息就少，轉(zhuǎn)換出的數(shù)字量就能準(zhǔn)確反映信號(hào)的數(shù)值，再由LCD顯示就能較為準(zhǔn)確完整顯示信號(hào)波形，采樣點(diǎn)越多，顯示的點(diǎn)就越多，就越清晰。

對(duì)數(shù)字式示波器至少有兩部分：被測(cè)信號(hào)的Y通道和采樣部分。Y通道是放大(或衰減)被測(cè)信號(hào)的，帶寬是針對(duì)Y通道而言。假如Y通道能對(duì)0~10MHz范圍所有正弦信號(hào)均勻而不失真的放大，則它的帶寬就是10MHz。由于復(fù)雜波形的信號(hào)由各種不同諧波的正弦信號(hào)組成，而且這些諧波構(gòu)成的帶寬可能很寬，所以，為了保證真實(shí)放大復(fù)雜信號(hào)，你的Y通道的帶寬越大越好。

僅有帶寬足夠的Y通道還不夠，為了捕獲波形，你還得對(duì)經(jīng)過(guò)Y通道放大的信號(hào)進(jìn)行采樣啊!這個(gè)采樣的快慢就是采樣速率。采樣速率越快，單位時(shí)間內(nèi)對(duì)復(fù)雜波形捕獲的點(diǎn)也就越多，最后拼裝顯示出來(lái)的波形就越接近真實(shí)的復(fù)雜信號(hào)。

所以，帶寬和采樣速率雖然是兩個(gè)不同的參數(shù)，但它們都對(duì)真實(shí)還原被測(cè)波形都非常重要。