示波器的采樣率和存儲深度

因此，存儲深度決定了DSO同時分析高頻和低頻現(xiàn)象的能力，包括低速信號的高頻噪聲和高速信號的低頻調(diào)制。

了解了采樣率和存儲深度后，就非常容易理解這兩個參數(shù)對于實(shí)際測量的影響。

1 電源測量中長存儲的重要性
在常見的開關(guān)電源的測試中，開關(guān)頻率一般為200kHz左右或者更快，由于開關(guān)信號中經(jīng)常存在工頻調(diào)制，工程師需要捕獲工頻信號的四分之一周期或者半周期，甚至是多個周期。開關(guān)信號的典型上升時間約為100ns，為保證精確的重建波形需要在信號的上升沿上有5個以上的采樣點(diǎn)，即采樣率至少為5/100ns=50MSa/s，也就是兩個采樣點(diǎn)之間的時間間隔要小于100/5=20ns，對于至少捕獲一個工頻周期的要求，意味著需要捕獲一段20ms長的波形，這樣可以計算出來示波器每通道所需的存儲深度=20ms/20ns=1M。同樣，在分析電源上電的軟啟動過程中功率器件承受的電壓應(yīng)力的最大值則需要捕獲整個上電過程（十幾毫秒），所需要的示波器采樣率和存儲深度甚至更高。

2 存儲深度對FFT結(jié)果的影響
在DSO中，通過快速傅立葉變換（FFT）可以得到信號的頻譜，進(jìn)而在頻域?qū)σ粋€信號進(jìn)行分析。如電源諧波的測量需要用FFT來觀察頻譜，在高速串行數(shù)據(jù)的測量中也經(jīng)常用FFT來分析導(dǎo)致系統(tǒng)失效的噪聲和干擾。

對于FFT運(yùn)算，存儲深度將同時決定可觀察信號成分的最大范圍（奈奎斯特頻率）和頻率分辨率△f。如果奈奎斯特頻率為500MHz，分辨率為10kHz，若要獲得10kHz的分辨率，則采集時間至少為：
T=1/△f=1/10kHz=100ms

對于具有1M存儲器的數(shù)字示波器，可以分析的最高頻率為：
△f×N/2=10kHz×1M/2=5GHz

因此長存儲能產(chǎn)生更好的FFT結(jié)果，既增加了頻率分辨率又提高了信號對噪聲的比率。

需要指出的是，對于長波形的FFT分析需要示波器超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，這往往超出了一般示波器的運(yùn)算極限。力科示波器最大可以做128M點(diǎn)的FFT。

圖4 用力科示波器對18M數(shù)據(jù)做眼圖/抖動測量

3 高速串行信號分析需要真正意義的長存儲
當(dāng)使用示波器進(jìn)行抖動測試時，高速采集內(nèi)存長度是示波器進(jìn)行抖動測試的關(guān)鍵指標(biāo)。存儲深度不僅決定了一次抖動測試中樣本數(shù)的多少，還決定了示波器能夠測試的抖動頻率范圍。例如，用一個具有20GSa/s采樣率和1M存儲深度的示波器捕獲2.5Gb/s的信號，可得到50μs長的一段波形，意味著能捕獲到一個20kHz的低頻抖動周期。在相同采樣率下如果存儲深度增加到100M，則可以捕獲到200Hz的低頻抖動周期。

在眼圖測量中，由于高速串行總線的數(shù)據(jù)速率越來越高，需要示波器有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力對大量的數(shù)據(jù)樣本做實(shí)時的眼圖分析。例如，對PCIE-G2的眼圖分析需要一次對1M UI的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，捕獲連續(xù)的1M UI的數(shù)據(jù)樣本即200μs,在40GSa/s的采樣率下，需要的存儲深度達(dá)到8M，這個數(shù)據(jù)量的處理很容易導(dǎo)致示波器處理速度非常慢甚至死機(jī)！因此某些品牌的示波器就只能借助軟件來完成，但軟件做眼圖的效率是很低的，對于定位及調(diào)試并不是很好的工具。

目前，力科公司發(fā)布的基于X-Stream II架構(gòu)的第四代示波器率先提出了“可分析存儲深度”的觀念，在高采樣、長存儲下其運(yùn)算和眼圖測量的速度比其他示波器快了2～50倍！可以從容應(yīng)對當(dāng)前及下一代高速串行總線的調(diào)試和分析。