采樣率比帶寬還低，為何能準確測量?

摘要：市面上的高帶寬功率分析儀往往采樣率并不高，只有帶寬的二分之一或更低。這真的合理嗎?能可靠采樣輸入信號嗎?這樣的采樣方法能支持高精度的電參數測量嗎?對比高采樣率采樣，這樣的采樣方法有什么好處?本文將解析這一現象背后的原理。

使用較低且適當的采樣率對高頻信號進行采樣對功率分析儀有以下意義：

1.利用等效采樣原理對高頻信號進行精細采樣，使采樣后的離散信號有更好的相位分辨率;

2.不必采用高采樣率的ADC(ADC高采樣率意味著轉換位數的降低)。

與示波器等使用高于帶寬的采樣率的儀器不同(示波器需要高采樣率保證還原波形的線條)，功率分析儀使用低于帶寬的采樣率也能夠保證測量結果的精度與穩定度。

對于高頻信號，從采樣的角度看，測量結果的準確度與穩定度關鍵在于：1.采集信號的相位均勻度及相位覆蓋密度;2.各相位的樣本數的均衡度;3.采樣點數量足夠。測量高頻信號時，1、2兩點更為重要，必須保證這兩點，第3點在采樣率低于帶寬時也能夠滿足。

圖 1

可以看到，等效采樣方法在輸入信號一個周期內僅采樣一個點且每個周期采樣的相位有遞增關系(圖1中△t)，調整這個遞增相位可以達到調整相位分辨率的目的。

另外，為保證高精度采樣，功率分析儀通常會采用更高轉換位數的ADC而不是更高采樣率的ADC，采樣精度是高精度測量非常重要的基礎。因為高速的ADC往往在其他特性上并不理想，如轉換位數、信噪比等。采用等效采樣的方法，功率分析儀就可以不必為了測量高頻信號而犧牲精度采用高速ADC。

功率分析儀對于高頻信號采用等效采樣法保證上述要點，因此，即使采樣率低于帶寬，也能對高頻信號準確測量。