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                            帶寬、采樣率、存儲深度是DSO的三大關鍵指標

                            文章出處:深圳市連訊達電子技術開發有限公司 人氣:-發表時間:2021-10-08 13:12:00

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                            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,當對一個最高頻率為fmax的帶限信號進行采樣時,采樣頻率fs要大于等于2倍fmax才能確保從采樣值完全重構原來的信號。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完全不同的概念。


                            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。 

                            最高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。

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


                            二、存儲深度


                            表示示波器在最高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。最大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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