帶寬、采樣率和存儲深度是數(shù)字示波器的三大關鍵指標。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理論結(jié)合常見的應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)字化信號波形進行相應的處理，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，采樣是數(shù)字示波器作波形運算和分析的基礎。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（sampling rate）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進行一次采樣。

2 示波器的采樣

根據(jù)Nyquist采樣定理，當對一個最高頻率為f 的帶限信號進行采樣時，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Nyquist頻率，2 f 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確的還原原始波形。如果采樣率低于Nyquist采樣率則會導致混迭（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，但是頻率測量的結(jié)果卻相差很大，究竟哪一個是正確的？仔細觀察我們會發(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致的混迭（Aliasing）給我們造成的假像。