第五讲 取样积分与数字式平均.ppt

习题5 5.1 取样积分器有哪些应用？请举例说明。 5.2 线性门积分器与指数式门积分器有什么异同？请简要说明之。 5.3 取样积分器的定点工作方式与扫描工作方式各有什么特点？请简要说明之。 第五讲 结束 长时间的A点和B点交替积分，积分器1输出的为信号的累计平均值，积分器2输出的为基线的累计平均值。 如果V2采用慢扫描锯齿波TS，则上述的基线取样积分器称为扫描式：对基线进行定点取样积分，对信号进行扫描取样，相减后输出克服了基线漂移的信号波形。 5.5.2 双通道取样 双通道取样积分器由两路基线取样积分器组成。它利用两路取样积分器分别对被测信号和作为标准的另一路信号进行消除基线的取样积分，将被测量与标准量对比，以消除由信号基线以及激励源起伏造成的误差，使测量更为准确和可靠。 信号通道输出为A，标准通道输出为B，在功能模块进行A和B的数学运算：A/B、A-B、A●B、lg(A/B)等。 5.5.3 多点取样积分系统 对于单点取样系统，每个信号周期内只对信号取样一次，取样效率很低。如果信号周期很长(频率很低)，会引入一系列的问题，给测量结果造成误差。 如果在每个信号周期内取样多点，经过不太多个信号周期就可得到测量结果。这就是多点取样积分器，电路结构相对复杂一些，但取样效率提高。 多点取样积分器框图 多点取样积分器工作波形 5.6 取样积分器的应用 1、材料的光学特性检测 2、霍尔效应测量 3、利用超声波检测材料特性 4、荧光光谱测量 5.7 数字式平均 数字平均： 利用A/D变换器将信号转换为数字数据，并存储到存储器中，然后再进行数字累加平均处理。 在信号周期内可以进行多点取样，取样的间隔不小于A/D转换器的转换时间。由此，A/D的转换速度直接影响取样频率。 取样积分与数字式多点平均的比较 5.7.1 数字式平均的基本原理 工作过程： 由采样保持器对被测信号进行取样，由A/D转换器将被测信号取样值变换为数字量，并存储到寄存器或存储器中；然后由微处理器或数字信号处理器按照预定的算法进行累加平均运算，得到的结果存储到寄存器或存储器，最后由D/A转换器输出相应的模拟量。 数字式平均的取样和运算过程 取样同步： 如何确定采样信号的起始点。 做法： ①外同步 采用外激励同步信号，使取样过程与信号的出现保持同步。 ②信号本身同步 数字式平均器的功能结构 5.7.2 数字式平均的信噪改善比 被测信号： x(t)=s(t)+n(t) (1) 式中s(t)为有用信号， n(t)为干扰噪声。 数字式累加平均输出： j=1,2,3,…,M (2) 1、平均次数N→∞时的SNIR 当N为无穷大时，（2）式右边的第二项噪声的均值为0，使得输出的信噪比为无穷大。因此， SNIR →∞。 也就是说，只要N足够大，就可得到期望的SNIR。 2、平均次数N有限时的SNIR (1)噪声n(t)为高斯分布白噪声 设噪声的有效值（均方值）为sn，则平均处理之前的信噪比为 SNRi=s/ sn N次平均处理后，输出噪声的有效值为 sn0 =(Nsn2)1/2 输出信噪比为 SNR0=Ns/ sn0=N1/2SNRi 信噪改善比 SNIR＝√N 这就是 法则。 (2)噪声n(t)为高斯分布有色噪声 对于有色噪声，在不同时刻的值是相关的，即： 有色噪声的功率为： 平均后输出的信噪比为： 信噪比改善因子： 5.7.3 数字式平均的频域描述 将数字式累加平均输出等效为取样脉冲与输入信号的卷积，即： 平均器等效为一个线性系统。 系统的冲激响应为： 频率响应函数H(jw)： 求和得： 相应得幅频特性为： 系统-3dB带宽为： 平均器的幅频响应 5.7.4 数字式平均算法 1、线性累加平均算法 取样N个数据x(i)(i=0,1,2,3,…,N-1)，进行累加平均，每个数据的加权值相同(为1)，结果为： 2、递推式平均算法 将A(N)公式变换一下： 这就是递推算式。 递推式平均运算框图 递推式平均输出波形 3、指数加权平均算法 (