如何測量不斷變化的信號
這需要相當(dāng)?shù)闹?jǐn)慎! 阿基米德曾經(jīng)被迫測量王冠的含金量,而測量任意波形甚至比這更具挑戰(zhàn)性。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201706/348414.htm測量變化信號的最簡單方法是測量某段時(shí)間間隔內(nèi)的平均值,但這種測量結(jié)果很容易產(chǎn)生誤導(dǎo)。假設(shè)我們有一個(gè)方波,它的占空比是1:1,峰峰值是1V,那么它的平均值是多少呢?
當(dāng)正峰值為+1V,負(fù)峰值為0V時(shí),平均值就是0.5V。當(dāng)正峰值為0.5V,負(fù)峰值為-0.5V時(shí),平均值為0V。如果將這個(gè)信號加到一個(gè)電阻上,電阻會(huì)發(fā)熱,但如果是一個(gè)穩(wěn)定的0V信號,這種發(fā)熱情況是不會(huì)發(fā)生的。
這樣看來,難道我們在考慮功耗時(shí)應(yīng)該忽略信號極性嗎?在上述的第二種情況下,如果我們在測量平均值之前刪除符號或極性,那么“平均絕對”值將變成與第一種情況相同的0.5V。但是,如果我們將這兩種信號施加到相同電阻上,第一種信號將比第二種信號產(chǎn)生更多的熱量,因此不斷變化的電壓和電流的平均值并不能告訴我們有關(guān)加熱效應(yīng)的足夠信息。平均電壓相同的直流、正弦波、方波、鋸齒波和高斯噪聲引起的熱效應(yīng)是完全不同的。
這是因?yàn)殡娮柝?fù)載上的功耗與所加電壓的平方成正比。事實(shí)上,我們需要測量的是變化信號的均方根或rms值,即信號平方的平均值的方根。我們可以進(jìn)行非常精確的計(jì)算,但這沒有必要。雖然可以使用模數(shù)轉(zhuǎn)換和高速數(shù)字信號處理(DSP)來獲得變化信號的均方根值,但使用由乘法器和運(yùn)算放大器組成的簡單模擬電路可以獲得更精確的結(jié)果——這種電路很容易搭建,不過購買成品IC將更加容易,而且更便宜。
如果說模擬信號處理技術(shù)比數(shù)字技術(shù)更有效的話,這種均方根到直流轉(zhuǎn)換器IC就是一個(gè)令人信服的例子。模擬的均方根到直流轉(zhuǎn)換器方案具有比DSP方案更低的功耗和更小的電路板面積,并且可以用于頻率或接近10GHz的射頻應(yīng)用,而DSP根本不適合這種場合使用。這些轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)和性能在相關(guān)的文章中有詳細(xì)描述。
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