什么是取樣檢波器

取樣檢波器（Sampling Detector）是一種信號(hào)處理器件，用于從連續(xù)時(shí)間域中提取離散樣本，并將其轉(zhuǎn)換為離散時(shí)間域中的數(shù)字信號(hào)。

取樣檢波器的主要原理是根據(jù)采樣定理，即尼奎斯特定理（Nyquist theorem）。根據(jù)尼奎斯特定理，為了準(zhǔn)確地恢復(fù)原始信號(hào)，采樣頻率必須至少是信號(hào)最高頻率的兩倍。取樣檢波器通過(guò)以固定的時(shí)間間隔對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行采樣，獲取信號(hào)在不同時(shí)間點(diǎn)上的振幅值。

取樣檢波器通常由時(shí)鐘信號(hào)和采樣保持電路組成。時(shí)鐘信號(hào)確定了采樣的時(shí)間間隔，采樣保持電路用于在每個(gè)采樣點(diǎn)上對(duì)信號(hào)進(jìn)行抽樣并保持其幅度值。采樣之后，得到的樣本可以通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）或其他數(shù)字信號(hào)處理器件進(jìn)行進(jìn)一步處理或存儲(chǔ)。

取樣檢波器常用于各種應(yīng)用中，包括音頻和視頻信號(hào)處理、數(shù)據(jù)通信、雷達(dá)、無(wú)線(xiàn)電接收機(jī)等。它可以幫助實(shí)現(xiàn)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的采集、處理和傳輸，從而方便進(jìn)行后續(xù)分析、處理和存儲(chǔ)。同時(shí)，取樣檢波器的設(shè)計(jì)和性能對(duì)信號(hào)采樣的準(zhǔn)確性和可靠性有重要影響，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要仔細(xì)考慮采樣率、采樣精度和抗混疊等因素。

取樣檢波作為第一種方法，我們只選取每個(gè)信號(hào)收集單元的中間位置的瞬時(shí)電平值（如圖）作為數(shù)據(jù)點(diǎn)，這就是取樣檢波模式。為使顯示跡線(xiàn)看起來(lái)是連續(xù)的，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種能描繪出各點(diǎn)之間矢量關(guān)系的系統(tǒng)。比較圖 可以看出我們獲得了一個(gè)還算合理的顯示。當(dāng)然，跡線(xiàn)上的點(diǎn)數(shù)越多，就越能真實(shí)地再現(xiàn)模擬信號(hào)。不同頻譜儀的可用顯示點(diǎn)數(shù)是不一樣的，對(duì)于X 系列信號(hào)分析儀，頻域跡線(xiàn)的取樣顯示點(diǎn)數(shù)可以從最少 1 個(gè)點(diǎn)到最多 40001 個(gè)點(diǎn)。如圖所示，增加取樣點(diǎn)確實(shí)可使結(jié)果更接近于模擬信號(hào)。

雖然這種取樣檢波方式能很好的體現(xiàn)噪聲的隨機(jī)性，但并不適合于分析正弦波。如果在高性能 X 系列信號(hào)分析儀上觀(guān)察一個(gè) 100 MHz 的梳狀信號(hào)，分析儀的掃寬可以被設(shè)置為 0 至 26.5 GHz即便使用 1001 個(gè)顯示點(diǎn)，每個(gè)顯示點(diǎn)代表 26.5 MHz 的頻率掃寬（信號(hào)收集單元），也遠(yuǎn)大于 8 MHz 的最大分辨率帶寬。

結(jié)果，采用取樣檢波模式時(shí)，只有當(dāng)梳狀信號(hào)的混頻分量剛好處在中頻的中心處時(shí)，它的幅度才能被顯示出來(lái)。圖是一個(gè)使用取樣檢波的帶寬為 750 Hz、掃寬為 10 MHz 的顯示。它的梳狀信號(hào)幅度應(yīng)該與圖所示（使用峰值檢波）的實(shí)際信號(hào)基本一致。可以得出，取樣檢波方式并不適用于所有信號(hào)，也不能反映顯示信號(hào)的真實(shí)峰值。當(dāng)分辨率帶寬小于采樣間隔（如信號(hào)收集單元的寬度）時(shí)，取樣檢波模式會(huì)給出錯(cuò)誤的結(jié)果。

圖 （左）取樣檢波模式使用 10 個(gè)點(diǎn)顯示圖 中的信號(hào)

圖 增加取樣點(diǎn)使顯示結(jié)果更接近于模擬顯示

圖 取樣檢波模式下的帶寬為 250 kHz、掃寬為 10 MHz 的梳狀信號(hào)

圖 在 10 MHz 掃寬內(nèi)，采用（正）峰值檢波得到的實(shí)際梳狀信號(hào)

取樣檢波器的使用方法

取樣檢波器是一種重要的信號(hào)處理設(shè)備，使用方法可以根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景和設(shè)備類(lèi)型來(lái)進(jìn)行調(diào)整，但一般的使用方法如下：

1. 首先，確認(rèn)采樣頻率：根據(jù)被測(cè)信號(hào)的頻率范圍，確定適當(dāng)?shù)牟蓸宇l率。根據(jù)尼奎斯特定理，采樣頻率至少應(yīng)是信號(hào)最高頻率的兩倍，以避免混疊現(xiàn)象的發(fā)生。

2. 連接信號(hào)源：將需要進(jìn)行采樣的信號(hào)連接到取樣檢波器的輸入端。確保連接正確，保證信號(hào)傳輸暢通。

3. 設(shè)置采樣參數(shù)：根據(jù)信號(hào)特性和采樣需求，設(shè)置取樣檢波器的采樣參數(shù)，包括采樣率、采樣深度和觸發(fā)條件等。這些參數(shù)的設(shè)置將影響到取樣檢波器對(duì)信號(hào)的采樣和呈現(xiàn)方式。

4. 開(kāi)始采樣：?jiǎn)?dòng)取樣檢波器，開(kāi)始對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣。取樣檢波器將根據(jù)設(shè)定的采樣參數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行離散化處理，并輸出數(shù)字化的采樣數(shù)據(jù)。

5. 數(shù)據(jù)分析與處理：對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析和處理。可以使用數(shù)字信號(hào)處理器件或計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，如濾波、頻譜分析、時(shí)域分析等。

6. 結(jié)果展示與存儲(chǔ)：根據(jù)需要，將處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果展示或存儲(chǔ)。可以通過(guò)取樣檢波器本身提供的界面來(lái)查看數(shù)據(jù)，也可以將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠吭O(shè)備或計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。

在使用取樣檢波器時(shí)，需要根據(jù)具體的設(shè)備型號(hào)和應(yīng)用需求來(lái)合理設(shè)置參數(shù)，并結(jié)合信號(hào)特性進(jìn)行合適的采樣和處理。對(duì)于復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，可能需要進(jìn)行多次調(diào)整和優(yōu)化，以獲得準(zhǔn)確、可靠的采樣結(jié)果。

審核編輯：黃飛