因此在實(shí)際測量中,對于較高頻的信號,工程師的眼睛應(yīng)該時刻盯著示波器的采樣率,防止混迭的風(fēng)險。我們建議工程師在開始測量前先固定示波器的采樣率,這樣就避免了欠采樣。力科示波器的時基(Time base)菜單里提供了這個選項(xiàng),可以方便的設(shè)置。
由Nyquist定理我們知道對于最大采樣率為10GS/s的示波器,可以測到的最高頻率為5GHz,即采樣率的一半,這就是示波器的數(shù)字帶寬,而這個帶寬是DSO的上限頻率,實(shí)際帶寬是不可能達(dá)到這個值的,數(shù)字帶寬是從理論上推導(dǎo)出來的,是DSO帶寬的理論值。與我們經(jīng)常提到的示波器帶寬(模擬帶寬)是完全不同的兩個概念。
那么在實(shí)際的數(shù)字存儲示波器,對特定的帶寬,采樣率到底選取多大?通常還與示波器所采用的采樣模式有關(guān)。
采樣模式
當(dāng)信號進(jìn)入DSO后,所有的輸入信號在對其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化前都需要采樣,采樣技術(shù)大體上分為兩類:實(shí)時模式和等效時間模式。
實(shí)時采樣(real-time sampling)模式用來捕獲非重復(fù)性或單次信號,使用固定的時間間隔進(jìn)行采樣。觸發(fā)一次后,示波器對電壓進(jìn)行連續(xù)采樣,然后根據(jù)采樣點(diǎn)重建信號波形。
等效時間采樣(equivalent-time sampling),是對周期性波形在不同的周期中進(jìn)行采樣,然后將采樣點(diǎn)拼接起來重建波形,為了得到足夠多的采樣點(diǎn),需要多次觸發(fā)。等效時間采樣又包括順序采樣和隨機(jī)重復(fù)采樣兩種。使用等效時間采樣模式必須滿足兩個前提條件:1.波形必須是重復(fù)的;2.必須能穩(wěn)定觸發(fā)。
實(shí)時采樣模式下示波器的帶寬取決于A/D轉(zhuǎn)化器的最高采樣速率和所采用的內(nèi)插算法。即示波器的實(shí)時帶寬與DSO采用的A/D和內(nèi)插算法有關(guān)。
這里又提到一個實(shí)時帶寬的概念,實(shí)時帶寬也稱為有效存儲帶寬,是數(shù)字存儲示波器采用實(shí)時采樣方式時所具有的帶寬。這么多帶寬的概念可能已經(jīng)看得大家要抓狂了,在此總結(jié)一下:DSO的帶寬分為模擬帶寬和存儲帶寬。通常我們常說的帶寬都是指示波器的模擬帶寬,即一般在示波器面板上標(biāo)稱的帶寬。而存儲帶寬也就是根據(jù)Nyquist定理計(jì)算出來的理論上的數(shù)字帶寬,這只是個理論值。
通常我們用有效存儲帶寬(BWa)來表征DSO的實(shí)際帶寬,其定義為:BWa=最高采樣速率 / k,最高采樣速率對于單次信號來說指其最高實(shí)時采樣速率,即A/D轉(zhuǎn)化器的最高速率;對于重復(fù)信號來說指最高等效采樣速率。K稱為帶寬因子,取決于DSO采用的內(nèi)插算法。DSO采用的內(nèi)插算法一般有線性(linear)插值和正弦(sinx/x)插值兩種。K在用線性插值時約為10,用正弦內(nèi)插約為2.5,而k=2.5只適于重現(xiàn)正弦波,對于脈沖波,一般取k=4,此時,具有1GS/s采樣率的DSO的有效存儲帶寬為250MHz。
