关于示波器的采样率
示波器的采样率和存储深度
示波器的采样率和存储深度带宽、采样率和存储深度是数字示波器的三大关键指标。
相对于工程师们对示波器带宽的熟悉和重视，采样率和存储深度往往在示波器的选型、评估和测试中为大家所忽视。
这篇文章的目的是通过简单介绍采样率和存储深度的相关理论结合常见的应用帮助工程师更好的理解采样率和存储深度这两个指针的重要特征及对实际测试的影响，同时有助于我们掌握选择示波器的权衡方法，树立正确的使用示波器的观念。
在开始了解采样和存储的相关概念前，我们先回顾一下数字存储示波器的工作原理。
图1 数字存储示波器的原理组成框图输入的电压信号经耦合电路后送至前端放大器，前端放大器将信号放大，以提高示波器的灵敏度和动态范围。
放大器输出的信号由取样/保持电路进行取样，并由A/D转换器数字化，经过A/D转换后，信号变成了数字形式存入内存中，微处理器对内存中的数字化信号波形进行相应的处理，并显示在显示屏上。
这就是数字存储示波器的工作过程。
采样、采样速率我们知道，计算机只能处理离散的数字信号。
在模拟电压信号进入示波器后面临的首要问题就是连续信号的数字化（模/数转化）问题。
一般把从连续信号到离散信号的过程叫采样（sampli ng）。
连续信号必须经过采样和量化才能被计算机处理，因此，采样是数字示波器作波形运算和分析的基础。
通过测量等时间间隔波形的电压幅值，并把该电压转化为用八位二进制代码表示的数字信息，这就是数字存储示波器的采样。
采样电压之间的时间间隔越小，那么重建出来的波形就越接近原始信号。
采样率（sampli ng rate）就是采样时间间隔。
比如，如果示波器的采样率是每秒10G次（10GSa/s），则意味着每100ps进行一次采样。
示波器那些事儿--之采样率
示波器那些事儿--之采样率采样率（Sampling Rate）顾名思义就是采样的速率，就是单位时间内将模拟电平转换成离散的采样点的速率。
采样过程反映了数字示波器的本质：将模拟信号离散为一个一个的采样点。
数字示波器区别于模拟示波器的一个最大不同是将模拟信号进行离散化。
在数字世界里，永远只有0 和1。
如何将那些各种不同形状的模拟信号转换成为0 和1 呢？采样保持电路根据采样时钟将连续的模拟信号等时间间隔的、实时的转换为离散的电平，离散的电平再经过模数转换器（ADC）转换为一系列的0 和1。
对于8 位ADC 来说，8 个连续的0和1 组成一个采样点，代表了一个电平值，示波器将这些离散的采样点直接显示或将点和点通过某种方式相连显示为示波器屏幕上的波形。
离散的采样点之间的间隔就是采样周期，采样周期的倒数就是采样率，例如，采样率2GSa/s 就表示两个采样点之间的间隔为1ns。
在点显示方式和线性插值模式下，将示波器屏幕上的波形展开，有些示波器能看出屏幕上等时间间隔的采样点，打开示波器光标可以测量出两个点之间的间隔即为采样周期。
某些示波器可以选择采样方法：实时采样（real-time sampling）或等效时间采样（effective time sampling）。
实时采样特别适合频率范围不到示波器最大采样率（备注：在示波器的面板上通常都会有标识采样率，该采样率就是指这台示波器可以工作到的最高采样率。
但是，实际上示波器的当前采样率由于受到存储深度的限制，随着示波器采集时间的增加，采样率会被强迫地自动下降，通常可能小于最高采样率。
）一半的信号，这里示波器可以在波形一次扫描中，采集超过足够量的点，构建准确的画面，实时采样是使用示波器捕获快速、单次、瞬态信号的唯一方式。
等效时间采样基于这样一个事实，那就是大多数自然发生的事件和人为事件都是重复的。
等效时间采样从每次重复中捕获少量信息，构建重复的信。
示波器的带宽与采样率是什么关系
示波器的带宽与采样率是什么关系
带宽是反映信号频率通过能力，带宽越大，对信号中的各种频率成分(特别是高频成分)能准确有效地放大与显示，也就较为准确，如果带宽不够，那就会损失很多高频成分，信号自然就显示不准确了，出现较大误差。
而采样率是将模拟量转换为数字量时对信号转换的频率(即每秒采集次数)，这个频率越高，单位时间内对信号的采集就越多，信号中的信息就保留越多，丢失信息就少，转换出的数字量就能准确反映信号的数值，再由LCD显示就能较为准确完整显示信号波形，采样点越多，显示的点就越多，就越清晰。
对数字式示波器至少有两部分：被测信号的Y通道和采样部分。
Y通道是放大(或衰减)被测信号的，带宽是针对Y通道而言。
假如Y通道能对0~10MHz范围所有正弦信号均匀而不失真的放大，则它的带宽就是10MHz。
由于复杂波形的信号由各种不同谐波的正弦信号组成，而且这些谐波构成的带宽可能很宽，所以，为了保证真实放大复杂信号，你的Y通道的带宽越大越好。
仅有带宽足够的Y通道还不够，为了捕获波形，你还得对经过Y通道放大的信号进行采样啊!这个采样的快慢就是采样速率。
采样速率越快，单位时间内对复杂波形捕获的
点也就越多，最后拼装显示出来的波形就越接近真实的复杂信号。
所以，带宽和采样速率虽然是两个不同的参数，但它们都对真实还原被测波形都非常重要。
示波器。
数字示波器的原理
数字示波器的原理
1.采样：数字示波器通过内置的模数转换器将连续的模拟信号转换为
离散的数字信号。
采样率是指每秒对模拟信号进行采样的次数，一般为其
信号带宽的两倍。
例如，如果信号带宽为100MHz，则通常需要至少
200MS/s的采样率。
2.数字化：采样后的模拟信号被转换为数字形式的样本。
转换的精度
由示波器的分辨率决定，分辨率越高，则样本越准确。
3.存储：示波器将采样到的数字样本存储在内存中，形成数字波形。
存储深度是示波器内存的大小，深度越大，则可存储的波形越长。
4.显示：示波器将存储的数字波形通过内置的显示器显示出来。
用户
可以通过控制面板或计算机软件对波形进行观察和操作。
一般来说，示波
器的显示器能够以较高的分辨率和刷新率显示波形。
5.分析：数字示波器提供多种分析功能，例如测量信号的幅值、频率、相位等，还可以进行波形的加减乘除、傅里叶变换等操作。
这些分析功能
有助于用户对信号进行深入的分析和理解。
总的来说，数字示波器通过采样、数字化、存储、显示和分析等步骤，能够准确地捕捉和展示信号的各种特征，为工程师和科研人员提供了强大
的测量和分析工具。
影响示波器波形粗细的2中原因
影响示波器波形粗细的2中原因示波器是一种电子测试仪器，用于观察电信号的变化情况。
在使用示波器时，我们经常会注意到波形的粗细不同，这与许多因素有关。
本文将介绍两个影响示波器波形粗细的主要原因。
1. 示波器的带宽示波器的带宽是影响波形粗细的最关键因素之一。
带宽是指能够通过示波器的频率范围。
示波器的带宽越高，就能够测量更高频率的信号，波形粗细也就越细。
相反地，如果示波器的带宽较低，将会过滤掉高频信号，导致波形粗细变粗。
基本上，示波器的带宽需要高于待测信号的最高频率。
如果示波器的带宽不足以有效地传递所有高频分量，就会出现所谓的“有限带宽效应（Limited Bandwidth Effect）”，这可能会导致信号失真。
2. 示波器的采样率示波器的采样率也会对波形粗细的显示产生影响。
采样率是指示波器在一定时间内对信号进行的采样次数。
越高的采样率意味着示波器能够捕捉到更多细节，从而呈现出波形更加细腻。
采样定理告诉我们，为了完整地捕捉一个信号，采样率应该是信号频率的两倍。
如果采样率低于此，就会出现所谓的“混叠效应（Aliasing）”，信号的快速变化可能被错误地解释为低频信号，这会导致波形失真或出现误差。
除此之外，示波器如何处理采样数据也会影响波形粗细。
在数字示波器中，波形是通过将模拟信号转换为数字信号来得到的。
示波器数字信号的分辨率越高，它可以以更高的精度捕捉信号变化的细节，这也可以产生更细的波形。
结论总结来说，影响示波器波形粗细的主要因素是示波器的带宽和采样率。
示波器带宽越高和采样率越快，波形就会越来越细。
当示波器的带宽或采样率不足时，就会出现混叠或有限带宽效应，导致波形失真或易出现误差。
因此，在使用示波器时，我们需要根据待测信号的特性选择适合的示波器，并确保示波器具有足够的带宽和采样率，以确保波形的精准测量。
示波器带宽和采样率选择
1 电源测量中带宽的选择示波器带宽有四个相关名词：模拟带宽、数字带宽，系统带宽和触发带宽。
数字带宽等于采样率的一半，实用意义不大。
触发带宽是示波器厂商“硬”造出来的一个概念，是指示波器触发电路可以正常工作的最大输入正弦信号的频率。
对于高端示波器，触发电路在输入信号频率超过一定大小就不能工作了! 系统带宽是指示波器前端放大器和探头、测试夹具等组成的测量系统的带宽。
一般不特别说明，带宽即是指示波器的模拟带宽,也就是示波器前端放大器的幅频特性曲线的截止频率点。
示波器的放大器是低通滤波器，其幅频特性曲线如图1所示，带宽就是输入电压幅值降低到输入 -3dB(70.7%)时的截止频率点。
带宽选择的理论依据，用一句话来概括就是带要能覆盖被测信号能量的99%以上。
我们知道，任何信号都可以分解为无数次谐波的叠加，但是被测信号分解到多少次谐波之后能量会衰减到只剩下1%呢？这个答案不直观，因此带宽的选择是示波器行业的销售人员几乎每天都会遇到的问题。
这个问题有时侯很严肃，有时侯很滑稽。
其实，带宽的选择是一个相对的结果，它取决于被测信号的类型和测量的准确度。
最关键的因素是上升时间。
上升时间越小，上升沿越陡，被测信号的高次谐波含量越丰富，需要的带宽越大。
这里面就需要一些数学上的推导来确定具体上升时间和信号能量之间的量化关系。
业内比较认可的两个带宽选择的原则是：•当被测信号是串行数据时，串行数据的上升时间如果大于20% UI（一个比特位的时间长度），那么示波器带宽只要达到被测信号比特率的1.8倍就能覆盖信号能量的99.9%。
如果上升时间大于30% UI,只要1.2倍信号的比特率就足够了。
现实电路中，串行数据的上升时间绝大多数在接收端时都大于30%了。
因此，对于3Gbps的SATA信号，在经过夹具之后用4GHz示波器就可以。
大家可以用4GHz、6GHz、13GHz测试后比较一下看看。
•电源不是串行信号，上面的规则并不适用。
在很久很久以前，业内一就直流传的带宽选择依据是“3到5倍”法则，即带宽是被测信号频率的“3到5倍”。
关于示波器的采样率-汪进进
关于示波器的采样率汪进进关于示波器的采样率采样率（Sampling Rate)，顾名思义就是“采样的速率”，就是单位时间内将模拟电平转换成离散的采样点的速率，譬如采样率为4GSa/s就表示每秒采样4G个点。
Sa是Samples的缩写。
有些示波器厂商写作4GS/s。
当然，采用不同量纲的单位就是MSa/s、MS/s，KSa/s、KS/s，Sa/s，S/s。
1，采样过程反应了数字示波器的本质：将模拟信号离散为一个一个的采样点数字示波器区别于模拟示波器的一个最大不同是将模拟信号进行离散化。
我们常说的话是，“在数字世界里，永远只有0和1”。
如何将那些各种不同形状的模拟信号转换成为0和1呢? 图1和图2表示了示波器将模拟信号离散化的过程。
采样-保持电路根据采样时钟将连续的模拟信号“等时间间隔地”、“实时地”转换为离散的电平，离散的电平再经过模数转换器（ADC）转换为一系列的0和1。
对于8位ADC来说，8个连续的0和1组成一个采样点，代表了一个电平值。
示波器将这些离散的采样点直接显示或将点和点通过某种方式相连显示为示波器屏幕上的波形。
示波器保存的离散的采样点的个数就是“存储深度(memory）”。
INPUTWA VEFORMSA MPLEDWA VEFORMSA MPLING CLOCK图1 采样-保持电路将模拟信号转换成一个一个离散的电平汪进进深圳市鼎阳科技有限公司图2 ADC将模拟信号离散化为0和1组成的采样点将图1和图2的离散化过程换个示意图来表达，如图3所示，离散的采样点之间的间隔就是采样周期，采样周期的倒数就是采样率。
采样率4GSa/s就表示两个采样点之间的间隔为500ps。
在“点显示”方式和“线性插值”模式下，将示波器屏幕上的波形展开，有些示波器能看出屏幕上等时间间隔的采样点，打开示波器光标可以测量出两个点之间的间隔即为采样周期。
图3 采样周期表示相邻两个采样点之间的间隔2，最高采样率 VS当前采样率在示波器的前面板上通常都会标识采样率，如图4所示是中国首款智能示波器SDS3000系列中的一款SDS3054，她的面板上标识了采样率为 4GS/s，该采样率就是指这台示波器可以工作到的最高采样率。
示波器的采样率和存储深度
示波器的采样率和存储深度在选择示波器时，工程师首先需要确定测量所需的带宽。
然而当示波器的带宽确定后，影响实际测量的恰恰是相互作用、相互制约的采样率和存储深度。
图1是数字示波器的工作原理简图。
图1 数字存储示波器的原理组成框图输入的电压信号首先进入示波器的前端放大器，放大器将信号放大或者衰减以调整信号的动态范围，其输出的信号由采样/保持电路进行采样，并由A/D转换器数字化。
经过A/D转换后，信号变成数字形式存入存储器中，微处理器对存储器中的数字化信号波形进行相应的处理，并显示在显示屏上。
这就是数字存储示波器简单的工作过程。
采样、采样速率由于计算机只能处理离散的数字信号，模拟电压信号进入示波器后面临的首要问题就是连续信号的数字化（模/数转化）问题。
通过测量等时间间隔波形的电压幅值，并把该电压转化为用8位二进制代码表示的数字信息，这就是DSO的采样（见图2）。
每两次采样之间的时间间隔越小，那么重建出来的波形就越接近原始信号。
采样率（Sampling Rate）就是采样时间间隔的倒数。
例如，如果示波器的采样率是每秒10G次（10GSa/s），则意味着每100ps进行一次采样。
图2 示波器的采样根据Nyquist采样定理，对于正弦波，每个周期至少需要两次以上的采样才能保证数字化后的脉冲序列能较为准确的还原原始波形。
如果采样率低于Nyquist采样率则会导致混叠（Aliasing）现象。
由Nyquist定理知道对于最大采样率为10GSa/s的示波器，可以测量最高频率为5GHz的信号，即采样率的一半，这就是示波器的数字带宽，而这个带宽是DSO的上限频率，实际带宽是不可能达到这个值的，数字带宽是从理论上推导出来的，是DSO带宽的理论值。
与我们经常提到的示波器带宽（模拟带宽）是完全不同的两个概念。
那么在实际的测量中，对确定的示波器带宽，采样率到底选取多大？通常还与示波器所采用的采样模式有关。
采样模式采样技术大体上分为两类：实时模式和等效时间模式。
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关于示波器的采样率
很多年前，我刚学习示波器时，看到了一句英文，叫”Keep an eye on the Sampling Rate”。
我将之翻译成时刻警惕采样率”。
这成为我一直在强调的高保
真捕获的6 大原则之一。
采样率这个概念是如此的简单，以致人们觉得专门辟文谈它都不是很必要。
我想将我的关于系列写成经典，硬着头皮将这个基本概念作为我来鼎阳后的”第三碗剩饭”炒将起来。
如果您是刚开始学习示波器，我的这篇文章和我的其它文章一样，可以成为最好的教材，没有之一。
因为我有热情、有耐心将这些基本概念写出来，写清楚，写透彻，写到位。
有些水平一般的，写不透彻;水平高的，不屑于写,怕是被人误认为水平太差。
这就给我留下了坚持炒剩饭的意义感。
也是因为我坚持不装X,强调自己写的东西是浅浅的东西，是”炒剩饭”，所以压力也没有那么大。
为了满足快阅读的需要,列出这篇文章的6 个小标题如下：
1，采样过程反应了数字示波器的本质：将模拟信号离散为一个一个的采样
点
2，最高采样率VS 当前采样率
3，实时采样率VS 等效采样率（随机采样模式，插值算法）
4，欠采样的影响
5，时刻警惕采样率
6，采样率和模拟带宽及数字带宽之间的关联
采样率（Sampling Rate)，顾名思义就是采样的速率，就是单位时间内将模拟
电平转换成离散的采样点的速率，譬如采样率为4GSa/s 就表示每秒采样4G 个点。
Sa 是Samples 的缩写。
有些示波器厂商写作4GS/s。
当然，采用不同量纲。