[工学]取样积分.ppt

第5章 取样积分 锁相放大：频域信号的窄带化处理，可得到淹没在噪声中的正弦信号的幅度和相位（正交矢量型可得到相位） 取样积分：时域信号的累积平均，可恢复被噪声淹没的信号波形。信号波形重复出现，且形状不变 战争影片中经常见到通话场面：“听不清！再说一遍！” 为什么多听几遍就能明白对方的意思？ 　　　－－噪声是随机的，信号是确定的。多次累积平均，随机噪声互相抵消，从而提高信噪比 5.1 取样积分的基本原理 积分 门脉冲电路 参考信号与被测信号同频率，或者直接就是被测信号 工作方式 单点式 多点式：每个周期中在不同时间点多点取样积分，可快速恢复波形 定点式：每一周期中脉冲出现在固定时刻，只能获得信号周期中固定时刻的幅度信息 扫描式：脉冲出现时间逐渐后移（BOXCAR），能够获得信号周期中不同时刻的幅度信息，可恢复信号波形 门积分器 门积分器：积分器与取样门的串联，取样积分器的核心 5.1.1 线性门积分 - + - + 线性积分电路 零状态阶跃响应： 为阶跃电压 时间常数： 书上图5-2 有误！ - + - + 线性门积分器 门脉冲电路 取样门K 取样门开关K闭合：积分 取样门开关K断开：电容的维持作用，输出保持不变 门脉冲周期 门脉冲宽度 线性积分器与取样门开关的串联 零状态阶跃响应（近似）： 等效时间常数： 积分器时间常数 门积分器等效时间常数 线性积分器与线性门积分器阶跃响应曲线 输出幅度受运放线性工作范围限制，适于信号幅度较小的场合。信号幅度较大时运放很容易饱和，应采用指数式门积分器 经过N次累积后的信噪改善比： 累积次数越多越好 普通RC指数式积分器 5.1.2 指数式门积分 普通RC指数式积分器的零状态阶跃响应： 时间常数： 时， 时， 时， 接近稳定值 门脉冲电路 取样门K 取样门开关K闭合：积分 取样门开关K断开：电容的维持作用，输出保持不变 普通RC指数式积分器与取样门开关的串联 指数式门积分器 零状态阶跃响应（近似）： 等效时间常数： 指数式积分器与指数式门积分器阶跃响应曲线 指数式门积分器的优点：随着取样次数的增加，积分输出的增量逐渐减小，不会象线性门积分器那样因积分时间过长而饱和 而线性门积分器信噪比的改善则不受时间常数的限制。在不超过电路线性范围的前提下，取样积分次数N越大，信噪改善比越大。线性门积分器信噪改善比为：　　　　　，N不受Tc限制 指数式门积分器缺点：积分时间大于2Te(或NTg2Tc)以后，积分作用明显降低，继续增加积分时间对提高信噪比意义不大。指数式门积分器所能达到的信噪改善比：　　　　　　或者　　　　　　　　　。为了让电容充分充电，NTg会达到5Tc，但在用计算信噪改善比时，仍按NTg=2Tc计算 定点式与扫描式 5.2 单点式取样积分器工作方式 5.2.1 定点式工作方式 定点式用于检测信号波形上某一特定位置的幅度信息，功能类似于锁相放大器 扫描式用于恢复被测信号的波形 积分 门脉冲电路 被测信号 参考信号 定点式波形 被测信号 取样脉冲 输出信号 输出信号最终趋于被测信号在取样点处的平均值，噪声因平均而得到衰减 定点式取样脉冲的产生 被测信号 取样脉冲 输出信号 参考触发 延时脉冲 Tg Td 5.2.2 扫描式工作方式 被测信号 取样脉冲 输出信号 被测信号上被取样平均的小区域（BOX）象CAR一样缓缓移动，从而依次得到各个小区域的取样平均值，信号波形得到复现 距离起点的时间间隔逐渐增大 ti ti+1 注意：取样脉冲推迟得十分缓慢，相邻两脉冲取样范围大部分重叠 扫描式脉冲产生过程 被测信号 取样脉冲 输出信号 参考触发 时基与慢扫描 TS TB 比较器输出 Tg 时基TB的始末位置决定了信号周期中被恢复区间的范围 T 积分 门脉冲电路 被测信号 参考信号 触发 时基TB 慢扫描TS 比较器 门脉冲在各周期中的出现时间逐渐缓慢推迟，从而使信号周期中各点依次得到平均，实现信号波形的复现 扫描式取样积分结构框图 被测信号 取样脉冲 参考触发 时基与慢扫描 TS TB Tg T 取样脉冲逐次移动间隔 被测信号每一点被取样的次数 5.3 取样积分器参数选择 1. 取样脉冲宽度Tg的选择 取样脉冲宽度Tg反映了对信号中的高频分量的滤波程度 令被恢复信号为正弦信号 宽度Tg的取样脉冲在t0时刻对其取样积分后的输出为 低频： 高频： 高频损失程度： 高频损失程度： 要求高频损失不超过3dB 取样脉冲宽度Tg确定以后，被恢复信号的最高频率 被恢复信号的最高频率确定以后，取样脉冲宽度的上限 脉冲宽度Tg越窄，能恢复的信号频率越高 取样脉冲宽度Tg与被测脉冲信号上升时间tr的关系 若被测信号为脉冲信号，则其陡峭的上升沿含有丰富的高频分量，上升时间(从稳态值的10%上升至90%)正是反映了