圖6 不同插值方式的波形顯示
內(nèi)插與最高采樣率之間的理論關(guān)系并非本文討論的重點。我們只須了解以下結(jié)論:在使用正弦插值法時,為了準確再顯信號,示波器的采樣速率至少需為信號最高頻率成分的2.5倍。使用線性插值法時,示波器的采樣速率應至少是信號最高頻率成分的10倍。這也解釋了示波器用于實時采樣時,為什么最大采樣率通常是其額定模擬帶寬的四倍或以上。
在談完采樣率后,還有一個與DSO的A/D密切相關(guān)的概念,就是示波器的垂直分辨率。垂直分辨率決定了DSO所能分辨的最小電壓增量,通常用A/D的位數(shù)n表示。前面我們提到現(xiàn)在DSO的A/D轉(zhuǎn)換器都是8位編碼的,那么示波器的最小量化單位就是1/256,(2的8次方),即0.391%。了解這一點是非常重要的,對于電壓的幅值測量,如果你示波器當前的垂直刻度設(shè)置成1v/div的檔位,那意味著你的測量值有8V*0.391%=31.25mV以內(nèi)的誤差是正常的!??!因為小于31.25mV的電壓示波器在該文件位元下已經(jīng)分辨不出來了,如果只用了4位,那測出來的誤差更驚人!所以建議大家在測量波形時,盡可能調(diào)整波形讓其充滿整個屏幕,充分利用8位的分辨率。我們經(jīng)常聽到有工程師抱怨示波器測不準他的電壓或者說測量結(jié)果不一致,其實大多數(shù)情況是工程師還沒有理解示波器的垂直分辨率對測量結(jié)果的影響。這里順便提一下,關(guān)于示波器的測量精度問題,必須澄清一點——示波器本身就不是計量的儀器?。?!它是“工程師的眼睛”,幫助你更深入的了解你的電路的特征。
圖7 是用模擬帶寬為1GHz的示波器測量上升時間為1ns的脈沖,在不同采樣率下測量結(jié)果的比較,可以看出:超過帶寬5倍以上的采樣率提供了良好的測量精度。進一步,根據(jù)我們的經(jīng)驗,建議工程師在測量脈沖波時,保證上升沿有5個以上采樣點,這樣既確保了波形不失真,也提高了測量精度。

圖8 采樣率過低導致波形失真
提到采樣率就不能不提存儲深度。對DSO而言,這兩個參量是密切相關(guān)的。
存儲、存儲深度
把經(jīng)過A/D數(shù)字化后的八位二進制波形信息存儲到示波器的高速CMOS內(nèi)存中,就是示波器的存儲,這個過程是“寫過程”。內(nèi)存的容量(存儲深度)是很重要的。對于DSO,其最大存儲深度是一定的,但是在實際測試中所使用的存儲長度卻是可變的。
在存儲深度一定的情況下,存儲速度越快,存儲時間就越短,他們之間是一個反比關(guān)系。存儲速度等效于采樣率,存儲時間等效于采樣時間,采樣時間由示波器的顯示窗口所代表的時間決定,所以:
存儲深度 =采樣率 × 采樣時間(距離 = 速度×時間)
力科示波器的時基(Time base)卷標即直觀的顯示了這三者之間的關(guān)系,如圖9所示
