前沿：帶寬、采樣率、存儲(chǔ)深度是DSO的三大關(guān)鍵指標(biāo)

一、采樣率

1、概念的提出

計(jì)算機(jī)只能處理離散的數(shù)字信號(hào)。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（AD轉(zhuǎn)化）問題。

采樣（Sampling）就是從連續(xù)信號(hào)到離散信號(hào)的過程。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N位（N為ADC的分辨率）二進(jìn)制代碼表示的數(shù)字信息。

采樣率即是單位時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣的次數(shù)，單位為SPS或Sa/s，表示1s內(nèi)采樣次數(shù)。

Ex: 10GSa/s，即每秒采集10G個(gè)點(diǎn)，即100ps進(jìn)行一次采樣。

根據(jù)Nyquist采樣定理，當(dāng)對(duì)一個(gè)最高頻率為fmax的帶限信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)，采樣頻率fs要大于等于2倍fmax才能確保從采樣值完全重構(gòu)原來的信號(hào)。如果低于2fmax則會(huì)發(fā)生混疊。在這里我們又要提到數(shù)字帶寬的概念，數(shù)字帶寬即為采樣率/2（DSO的上限頻率，實(shí)際帶寬是不可能達(dá)到）。

Note：數(shù)字帶寬和模擬帶寬是兩個(gè)完全不同的概念。

2、采樣模式

（1）實(shí)時(shí)采樣（real-time sampling）：捕獲非重復(fù)性或單次信號(hào)，使用固定的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣。觸發(fā)一次后，示波器對(duì)電壓進(jìn)行連續(xù)采樣，然后根據(jù)采樣點(diǎn)重建信號(hào)波形。

（2）等效時(shí)間采樣（equivalent-time sampling）：是對(duì)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(shí)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(shí)間采樣模式必須滿足兩個(gè)前提條件：波形必須是重復(fù)的；必須能穩(wěn)定觸發(fā)。 

最高實(shí)時(shí)采樣率的大小通常由示波器所選擇的A/D轉(zhuǎn)換器的采樣率決定。

最高等效采樣率的大小是根據(jù)示波器顯示器的分辨率和最快時(shí)基來確定。

二、存儲(chǔ)深度

表示示波器在最高實(shí)時(shí)采樣率下連續(xù)采集并存儲(chǔ)采樣點(diǎn)的能力，通常用采樣點(diǎn)數(shù)（pts）表示。最大存儲(chǔ)深度由示波器的存儲(chǔ)器容量決定，增加存儲(chǔ)深度可通過外部存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)，存儲(chǔ)深度越深越利于觀察波形細(xì)節(jié)。

時(shí)基*水平格數(shù)（T）= 采樣周期（ts） * 存儲(chǔ)深度（N） 

Ex：設(shè)一示波器顯示屏共有10格

時(shí)基為1ms/div時(shí)，T=1ms/div*10div=10ms.

時(shí)基為10ns/div時(shí)，T=10ns/div*10div=100ns.

可見，時(shí)基檔位越慢，則總采集時(shí)間越長(zhǎng)，即T越大。

提高示波器的存儲(chǔ)深度可以間接提高示波器的采樣率：當(dāng)要測(cè)量較長(zhǎng)時(shí)間的波形時(shí)，由于存儲(chǔ)深度是固定的，所以只能降低采樣率來達(dá)到，但這樣勢(shì)必造成波形質(zhì)量的下降；如果增大存儲(chǔ)深度，則可以以更高的采樣率來測(cè)量，以獲取不失真的波形。

Ex：設(shè)屏幕上共有12格，時(shí)基為1ms/div，則總采樣時(shí)間為12ms

存儲(chǔ)深度為24k時(shí)，fs=24k/12ms=2Msps

存儲(chǔ)深度為60M時(shí)，fs=60M/12ms=5Gsps

下圖的曲線充分揭示了采樣率、存儲(chǔ)深度、采樣時(shí)間三者的關(guān)系及存儲(chǔ)深度對(duì)示波器實(shí)際采樣率的影響。比如，當(dāng)時(shí)基選擇10us/div檔位時(shí)，整個(gè)示波器窗口的采樣時(shí)間是10us/div * 10格=100us，在1Mpts的存儲(chǔ)深度下，當(dāng)前的實(shí)際采樣率為：1M÷100us=10Gs/s，如果存儲(chǔ)深度只有250K，那當(dāng)前的實(shí)際采樣率就只有2.5GS/s了！