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標(biāo)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。

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(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)字形式存入存儲器中，微處理器對存儲器中的數(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（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(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(zhǔn)確的還原原始波形。如果采樣率低于Nyquist采樣率則會導(dǎo)致混疊（Aliasing）現(xiàn)象。

圖3 采樣率SF<2 f，混疊失真

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)致的混疊（Aliasing）給我們造成的假象。

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，防止混疊的風(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（Time Base）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)。 ??