示波器入門之取樣率、儲存深度
阿新 • • 發佈：2019-02-16
前沿：頻寬、取樣率、儲存深度是DSO的三大關鍵指標
一、取樣率
1、概念的提出
計算機只能處理離散的數字訊號。模擬電壓訊號進入示波器後面臨的首要問題就是連續訊號的數字化（AD轉化）問題。 取樣（Sampling）就是從連續訊號到離散訊號的過程。通過測量等時間間隔波形的電壓幅值，並把該電壓轉化為用N位（N為ADC的解析度）二進位制程式碼表示的數字資訊。 取樣率即是單位時間內對訊號進行取樣的次數，單位為SPS或Sa/s，表示1s內取樣次數。 Ex: 10GSa/s，即每秒採集10G個點，即100ps進行一次取樣。 根據Nyquist取樣定理，當對一個最高頻率為fmax的帶限訊號進行取樣時，取樣頻率fs要大於等於2倍fmax才能確保從取樣值完全重構原來的訊號。如果低於2fmax則會發生混疊。2、取樣模式
（1）實時取樣（real-time sampling）：捕獲非重複性或單次訊號，使用固定的時間間隔進行取樣。觸發一次後，示波器對電壓進行連續取樣，然後根據取樣點重建訊號波形。 （2）等效時間取樣（equivalent-time sampling）：是對週期性波形在不同的週期中進行取樣，然後將取樣點拼接起來重建波形，為了得到足夠多的取樣點，需要多次觸發。等效時間取樣又包括順序取樣和隨機重複取樣兩種。使用等效時間取樣模式必須滿足兩個前提條件：波形必須是重複的；必須能穩定觸發。二、儲存深度
表示示波器在最高實時取樣率下連續採集並存儲取樣點的能力，通常用取樣點數（pts）表示。最大儲存深度由示波器的儲存器容量決定，增加儲存深度可通過外部儲存器實現，儲存深度越深越利於觀察波形細節。
時基*水平格數（T）= 取樣週期（ts） * 儲存深度（N）
Ex：設一示波器顯示屏共有10格
時基為1ms/div時，T=1ms/div*10div=10ms.
時基為10ns/div時，T=10ns/div*10div=100ns.
可見，時基檔位越慢，則總採集時間越長，即T越大。
提高示波器的儲存深度可以間接提高示波器的取樣率：當要測量較長時間的波形時，由於儲存深度是固定的，所以只能降低取樣率來達到，但這樣勢必造成波形質量的下降；如果增大儲存深度，則可以以更高的取樣率來測量，以獲取不失真的波形。
Ex：設螢幕上共有12格，時基為1ms/div，則總取樣時間為12ms
儲存深度為24k時，fs=24k/12ms=2Msps
儲存深度為60M時，fs=60M/12ms=5Gsps
下圖的曲線充分揭示了取樣率、儲存深度、取樣時間三者的關係及儲存深度對示波器實際取樣率的影響。比如，當時基選擇10us/div檔位時，整個示波器視窗的取樣時間是10us/div * 10格=100us，在1Mpts的儲存深度下，當前的實際取樣率為：1M÷100us=10Gs/s，如果儲存深度只有250K，那當前的實際取樣率就只有2.5GS/s了！
