帶寬、采樣率和存儲(chǔ)深度是數(shù)字示波器的三大關(guān)鍵指標(biāo)。相對(duì)于工程師們對(duì)示波器帶寬的熟悉和重視，采樣率和存儲(chǔ)深度往往在示波器的選型、評(píng)估和測(cè)試中為大家所忽視。這篇文章的目的是通過簡單介紹采樣率和存儲(chǔ)深度的相關(guān)理論結(jié)合常見的應(yīng)用幫助工程師更好的理解采樣率和存儲(chǔ)深度這兩個(gè)指針的重要特征及對(duì)實(shí)際測(cè)試的影響，同時(shí)有助于我們掌握選擇示波器的權(quán)衡方法，樹立正確的使用示波器的觀念。

在開始了解采樣和存儲(chǔ)的相關(guān)概念前，我們先回顧一下數(shù)字存儲(chǔ)示波器的工作原理。

圖1  數(shù)字存儲(chǔ)示波器的原理組成框圖

輸入的電壓信號(hào)經(jīng)耦合電路后送至前端放大器，前端放大器將信號(hào)放大，以提高示波器的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。放大器輸出的信號(hào)由取樣/保持電路進(jìn)行取樣，并由A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，信號(hào)變成了數(shù)字形式存入內(nèi)存中，微處理器對(duì)內(nèi)存中的數(shù)字化信號(hào)波形進(jìn)行相應(yīng)的處理，并顯示在顯示屏上。這就是數(shù)字存儲(chǔ)示波器的工作過程。

采樣、采樣速率

我們知道，計(jì)算機(jī)只能處理離散的數(shù)字信號(hào)。在模擬電壓信號(hào)進(jìn)入示波器后面臨的首要問題就是連續(xù)信號(hào)的數(shù)字化（模/數(shù)轉(zhuǎn)化）問題。一般把從連續(xù)信號(hào)到離散信號(hào)的過程叫采樣（sampling）。連續(xù)信號(hào)必須經(jīng)過采樣和量化才能被計(jì)算機(jī)處理，因此，采樣是數(shù)字示波器作波形運(yùn)算和分析的基礎(chǔ)。通過測(cè)量等時(shí)間間隔波形的電壓幅值，并把該電壓轉(zhuǎn)化為用八位二進(jìn)制代碼表示的數(shù)字信息，這就是數(shù)字存儲(chǔ)示波器的采樣。采樣電壓之間的時(shí)間間隔越小，那么重建出來的波形就越接近原始信號(hào)。采樣率（sampling rate）就是采樣時(shí)間間隔。比如，如果示波器的采樣率是每秒10G次（10GSa/s），則意味著每100ps進(jìn)行一次采樣。

2 示波器的采樣

根據(jù)Nyquist采樣定理，當(dāng)對(duì)一個(gè)最高頻率為f 的帶限信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)，采樣頻率SF必須大于f 的兩倍以上才能確保從采樣值完全重構(gòu)原來的信號(hào)。這里，f 稱為Nyquist頻率，2 f 為Nyquist采樣率。對(duì)于正弦波，每個(gè)周期至少需要兩次以上的采樣才能保證數(shù)字化后的脈沖序列能較為準(zhǔn)確的還原原始波形。如果采樣率低于Nyquist采樣率則會(huì)導(dǎo)致混迭（Aliasing）現(xiàn)象。

圖3 采樣率SF<2 f ，混迭失真

圖4和圖5顯示的波形看上去非常相似，但是頻率測(cè)量的結(jié)果卻相差很大，究竟哪一個(gè)是正確的？仔細(xì)觀察我們會(huì)發(fā)現(xiàn)圖4中觸發(fā)位置和觸發(fā)電平?jīng)]有對(duì)應(yīng)起來，而且采樣率只有250MS/s，圖5中使用了20GS/s的采樣率，可以確定，圖4顯示的波形欺騙了我們，這即是一例采樣率過低導(dǎo)致的混迭（Aliasing）給我們?cè)斐傻募傧瘛?/span>