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深圳市連訊達電子技術開發有限公司
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閱讀：1發布時間：2024-12-27
前沿：帶寬、采樣率、存儲深度是DSO的三大關鍵指標
一、采樣率
1、概念的提出
計算機只能處理離散的數字信號。模擬電壓信號進入示波器后面臨的首要問題就是連續信號的數字化（AD轉化）問題。
采樣（Sampling）就是從連續信號到離散信號的過程。通過測量等時間間隔波形的電壓幅值，并把該電壓轉化為用N位（N為ADC的分辨率）二進制代碼表示的數字信息。
采樣率即是單位時間內對信號進行采樣的次數，單位為SPS或Sa/s，表示1s內采樣次數。
Ex: 10GSa/s，即每秒采集10G個點，即100ps進行一次采樣。
根據Nyquist采樣定理，當對一個頻率為fmax的帶限信號進行采樣時，采樣頻率fs要大于等于2倍fmax才能確保從采樣值重構原來的信號。如果低于2fmax則會發生混疊。在這里我們又要提到數字帶寬的概念，數字帶寬即為采樣率/2（DSO的上限頻率，實際帶寬是不可能達到）。
Note：數字帶寬和模擬帶寬是兩個不同的概念。
2、采樣模式
（1）實時采樣（real-time sampling）：捕獲非重復性或單次信號，使用固定的時間間隔進行采樣。觸發一次后，示波器對電壓進行連續采樣，然后根據采樣點重建信號波形。
（2）等效時間采樣（equivalent-time sampling）：是對周期性波形在不同的周期中進行采樣，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。等效時間采樣又包括順序采樣和隨機重復采樣兩種。使用等效時間采樣模式必須滿足兩個前提條件：波形必須是重復的；必須能穩定觸發。
實時采樣率的大小通常由示波器所選擇的A/D轉換器的采樣率決定。
等效采樣率的大小是根據示波器顯示器的分辨率和時基來確定。
二、存儲深度
表示示波器在實時采樣率下連續采集并存儲采樣點的能力，通常用采樣點數（pts）表示。存儲深度由示波器的存儲器容量決定，增加存儲深度可通過外部存儲器實現，存儲深度越深越利于觀察波形細節。
時基*水平格數（T）= 采樣周期（ts） * 存儲深度（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，則總采集時間越長，即T越大。
提高示波器的存儲深度可以間接提高示波器的采樣率：當要測量較長時間的波形時，由于存儲深度是固定的，所以只能降低采樣率來達到，但這樣勢必造成波形質量的下降；如果增大存儲深度，則可以以更高的采樣率來測量，以獲取不失真的波形。
Ex：設屏幕上共有12格，時基為1ms/div，則總采樣時間為12ms
存儲深度為24k時，fs=24k/12ms=2Msps
存儲深度為60M時，fs=60M/12ms=5Gsps
下圖的曲線充分揭示了采樣率、存儲深度、采樣時間三者的關系及存儲深度對示波器實際采樣率的影響。比如，當時基選擇10us/div檔位時，整個示波器窗口的采樣時間是10us/div * 10格=100us，在1Mpts的存儲深度下，當前的實際采樣率為：1M÷100us=10Gs/s，如果存儲深度只有250K，那當前的實際采樣率就只有2.5GS/s了！
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