示波器最重要的三個(gè)參數(shù)

示波器的三個(gè)重要參數(shù)是：帶寬、采樣率、存儲(chǔ)深度。

1，帶寬

示波器帶寬的定義沒有變，就是輸入一個(gè)正弦波，保持幅度不變，增加信號(hào)頻率，當(dāng)示波器上顯示的信號(hào)是實(shí)際信號(hào)幅度的70.7%(即3dB衰減)的時(shí)候，該對(duì)應(yīng)的頻率就等于示波器帶寬。100MHz的帶寬在測(cè)量100MHz的正弦波時(shí)，幅度會(huì)下降到原來的0.7，但是100mhz帶寬的示波器不能測(cè)100mhz的方波，因?yàn)榉讲ㄓ苫ê推娲沃C波組成，5次以下的諧波對(duì)方波波形影響很大，所有要較好的看清楚方波，示波器帶寬至少要比待測(cè)波形頻率大5倍。

2.采樣率

每秒采樣多少個(gè)樣點(diǎn)。根據(jù)香農(nóng)定理，為了避免波形混疊，采樣率應(yīng)該大于波形頻率的2倍。一般來說采樣率是帶寬的5倍即可，比如200M帶寬的示波器，配1G采樣率就可以了。追求更高的采樣率無非為了抓小毛刺，但是這些高頻毛刺在帶寬層已經(jīng)被濾掉了，更高的采樣率并不能帶來很好的收益。

3.存儲(chǔ)深度

表示示波器可以保存的采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)。存儲(chǔ)深度=采樣率*采樣時(shí)間。我一直執(zhí)著地將它稱為示波器中的第一關(guān)系式，因?yàn)楹芏?a target="_blank">工程師在使用示波器過程中因?yàn)橥涍@個(gè)關(guān)系式而產(chǎn)生錯(cuò)誤。如下圖為鼎陽(yáng)科技SDS3000示波器的顯示界面。右下方紅色方框中，右邊兩個(gè)數(shù)值50MS/s和20ms/div相乘，再乘以10，就等于左邊的數(shù)10MS。當(dāng)前采樣率為50MS/s，當(dāng)前時(shí)基為20ms/div，因?yàn)樗捷S是10格（有些示波器是12格或14格），因此采樣時(shí)間為200ms, 50MS/s * 200ms = 10MS。就是說以50MS/s的采樣率捕獲200ms的波形，需要示波器的存儲(chǔ)深度是10MS。

下面的示意圖也清晰地演繹了這個(gè)關(guān)系式的重要性。第一個(gè)圖形表明在采樣率足夠的前提下觀察多個(gè)周期的樣本，需要的存儲(chǔ)深度深度很長(zhǎng)，圖示中需要36個(gè)采樣點(diǎn)。第二個(gè)圖形采樣率依然保持不變，但存儲(chǔ)深度變小，只有9個(gè)采樣點(diǎn)，因此只能采樣一個(gè)周期多點(diǎn)的波形。第三個(gè)波形仍然是存儲(chǔ)深度很小，只有9個(gè)采樣點(diǎn)，但仍然要采樣和第一個(gè)圖形一樣多個(gè)周期的波形，其結(jié)果是采樣率變小，測(cè)量得到的波形就會(huì)失真。

假如存儲(chǔ)深度是“1千萬個(gè)采樣點(diǎn)”，示波器廠商寫作10Mpts,10MS或10M的都有。這里，pts可以理解為points的縮寫，S理解為Samples的意思。存儲(chǔ)器保存滿了，達(dá)到存儲(chǔ)深度的極限之后怎么辦？我們可以將示波器的存儲(chǔ)器理解為環(huán)形存儲(chǔ)器。示波器不斷采樣得到新的采樣點(diǎn)會(huì)填充進(jìn)來，老的采樣點(diǎn)會(huì)自動(dòng)地溢出，這樣周而復(fù)始的過程直到示波器被“觸發(fā)信號(hào)”“叫?！被蛘唛g隔一定長(zhǎng)的時(shí)間被強(qiáng)迫“叫停”為止?！敖型！币淮?，示波器就將存儲(chǔ)器中保存的這些采樣點(diǎn)“搬移”到示波器的屏幕上顯示。這兩次“搬移”之間等待的時(shí)間相對(duì)于采樣的時(shí)間極其漫長(zhǎng)，被稱為“死區(qū)時(shí)間”。

對(duì)于高端示波器，存儲(chǔ)器芯片一直是核心技術(shù)，對(duì)于里面的技術(shù)細(xì)節(jié)筆者知之甚少。示波器中的ADC速率太快，普通的存儲(chǔ)介質(zhì)根本來不及在這么短的時(shí)間內(nèi)“吞吐”那么大量的數(shù)據(jù)量。還是用具體的數(shù)字來理解高速ADC的超大數(shù)據(jù)量對(duì)存儲(chǔ)器“吞吐量”提出的要求。譬如ADC的采樣率是20GS/s，也就是說每秒鐘要采樣20G個(gè)點(diǎn)，而每個(gè)點(diǎn)是由8個(gè)0和1組成。如果ADC的輸出是完全按照串行數(shù)據(jù)的傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器中，那么傳輸速率就是160Gbps。這是什么概念？現(xiàn)在的PCI-Express 3.0的速率是 8Gbps，最高速的高速芯片在單板上傳輸速率能達(dá)到25Gbps，但還不成熟，也沒有用到示波器上。高速ADC的采樣點(diǎn)怎么傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器中，這是一個(gè)難題! 其實(shí)這么高速的ADC也不可能是單芯片設(shè)計(jì)的，內(nèi)部是由很多2.5GS/s或1.25GS/s，250MS/s的“小的”ADC“交織拼接”實(shí)現(xiàn)的。既然不完全是串行的方式實(shí)現(xiàn)，采用并行傳輸之后，傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器的數(shù)據(jù)又怎么校準(zhǔn)、對(duì)齊，再通過觸發(fā)機(jī)制規(guī)整地顯示到示波器屏幕上呢？這是示波器廠商的一點(diǎn)點(diǎn)小秘密。示波器發(fā)展到今天這方面門檻談不上多高,但還是有那么一點(diǎn)點(diǎn)的。一個(gè)示波器的帶寬是40Mhz，40MHZ是指示波器能測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)正弦波的能力.但因?yàn)槠綍r(shí)用示波器測(cè)試時(shí)基本不是正弦波,所以我們?cè)诳紤]示波器帶寬時(shí),通常會(huì)按被測(cè)信號(hào)頻率的三倍來考慮,更高倍當(dāng)然最好.所以一定要注意,不是40 MHZ的示波器就能測(cè)40MHZ的所有信號(hào).如果是數(shù)字示波器要，注意存儲(chǔ)深度、采樣率等都是很重要的。