如何測(cè)量不斷變化的信號(hào)

這需要相當(dāng)?shù)闹?jǐn)慎! 阿基米德曾經(jīng)被迫測(cè)量王冠的含金量，而測(cè)量任意波形甚至比這更具挑戰(zhàn)性。

　　測(cè)量變化信號(hào)的最簡(jiǎn)單方法是測(cè)量某段時(shí)間間隔內(nèi)的平均值，但這種測(cè)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(hào)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(hào)，這種發(fā)熱情況是不會(huì)發(fā)生的。

　　這樣看來，難道我們?cè)诳紤]功耗時(shí)應(yīng)該忽略信號(hào)極性嗎?在上述的第二種情況下，如果我們?cè)跍y(cè)量平均值之前刪除符號(hào)或極性，那么“平均絕對(duì)”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(hào)施加到相同電阻上，第一種信號(hào)將比第二種信號(hào)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(cè)量的是變化信號(hào)的均方根或rms值，即信號(hào)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(hào)處理(DSP)來獲得變化信號(hào)的均方根值，但使用由乘法器和運(yùn)算放大器組成的簡(jiǎn)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(gòu)買成品IC將更加容易，而且更便宜。

　　如果說模擬信號(hào)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(chǎng)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。