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《示波器的采樣率和存儲深度》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、示波器的采樣率和存儲深度帶寬、采樣率和存儲深度是數(shù)字示波器的三大關(guān)鍵指標(biāo)。相對于工程師們對示波器帶寬的熟悉和重視，采樣率和存儲深度往往在示波器的選型、評估和測試中為大家所忽視。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深度這兩個指針的重要特征及對實際測試的影響，同時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的相關(guān)概念前，我們先回顧一下數(shù)字存儲示波器的工作原理。圖1?數(shù)字存儲示波器的原理組成框圖輸入的電壓信號經(jīng)耦合電路后送至
2、前端放大器，前端放大器將信號放大，以提高示波器的靈敏度和動態(tài)范圍。放大器輸出的信號由取樣/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，信號變成了數(shù)字形式存入內(nèi)存中，微處理器對內(nèi)存中的數(shù)字化信號波形進(jìn)行相應(yīng)的處理，并顯示在顯示屏上。這就是數(shù)字存儲示波器的工作過程。采樣、采樣速率我們知道，計算機只能處理離散的數(shù)字信號。在模擬電壓信號進(jìn)入示波器后面臨的首要問題就是連續(xù)信號的數(shù)字化（模/數(shù)轉(zhuǎn)化）問題。一般把從連續(xù)信號到離散信號的過程叫采樣（sampling）。連續(xù)信號必須經(jīng)過采樣和量化才能被計算機處理，因此，采樣
3、是數(shù)字示波器作波形運算和分析的基礎(chǔ)。通過測量等時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)字存儲示波器的采樣。采樣電壓之間的時間間隔越小，那么重建出來的波形就越接近原始信號。采樣率（samplingrate）就是采樣時間間隔。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。圖2示波器的采樣根據(jù)Nyquist采樣定理，當(dāng)對一個最高頻率為f的帶限信號進(jìn)行采樣時，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。這里，f稱為Nyq
4、uist頻率，2f為Nyquist采樣率。對于正弦波，每個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)確的還原始波形。如果采樣率低于Nyquist采樣率則會導(dǎo)致混迭（Aliasing）現(xiàn)象。?圖3采樣率SF<2f，混迭失真圖4和圖5顯示的波形看上去非常相似，但是頻率測量的結(jié)果卻相差很大，究竟哪一個是正確的？仔細(xì)觀察我們會發(fā)現(xiàn)圖4中觸發(fā)位置和觸發(fā)電平?jīng)]有對應(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（Aliasin
5、g）給我們造成的假像。圖4?250MS/s采樣率的波形顯示??????????????圖5?20GS/s采樣的波形顯示?因此在實際測量中，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（TimeBase）菜單里提供了這個選項，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，實際帶
6、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：實時模式和等效時間模式。實時采樣（real-timesampling）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)采樣點重建信號波
7、形。等效時間采樣（equivalent-timesampling），是對周期性波形在不同的周期中進(jìn)行采樣，然后將采樣點拼接起來重建波形，為了得到足夠多的采樣點，需要多次觸發(fā)。等效時間采樣又包括順序采樣和隨機重復(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)。這里又提到一個實時帶寬的概念，實時帶寬也稱為有效存儲帶寬，是數(shù)字存儲示波器采用實時采樣方
8、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的實際帶
