示波器那些事兒--之采樣率

采樣率（Sampling Rate）顧名思義就是“采樣的速率”，就是單位時間內(nèi)將模擬電平轉(zhuǎn)換成離散的采樣點的速率。采樣過程反映了數(shù)字示波器的本質(zhì)：將模擬信號離散為一個一個的采樣點。
數(shù)字示波器區(qū)別于模擬示波器的一個最大不同是將模擬信號進行離散化。在數(shù)字世界里，永遠只有0和1。如何將那些各種不同形狀的模擬信號轉(zhuǎn)換成為0和1呢？采樣保持電路根據(jù)采樣時鐘將連續(xù)的模擬信號“等時間間隔的”、“實時的”轉(zhuǎn)換為離散的電平，離散的電平再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）轉(zhuǎn)換為一系列的0和1。對于8位ADC來說，8個連續(xù)的0和1組成一個采樣點，代表了一個電平值，示波器將這些離散的采樣點直接顯示或?qū)Ⅻc和點通過某種方式相連顯示為示波器屏幕上的波形。

離散的采樣點之間的間隔就是采樣周期，采樣周期的倒數(shù)就是采樣率，例如，采樣率2GSa/s就表示兩個采樣點之間的間隔為1ns。在“點顯示”方式和“線性插值”模式下，將示波器屏幕上的波形展開，有些示波器能看出屏幕上等時間間隔的采樣點，打開示波器光標(biāo)可以測量出兩個點之間的間隔即為采樣周期。

某些示波器可以選擇采樣方法：“實時采樣（real-time sampling）”或“等效時間采樣（effective time sampling）”。
實時采樣特別適合頻率范圍不到示波器最大采樣率（備注：在示波器的面板上通常都會有標(biāo)識采樣率，該采樣率就是指這臺示波器可以工作到的最高采樣率。但是，實際上示波器的“當(dāng)前采樣率”由于受到存儲深度的限制，隨著示波器采集時間的增加，采樣率會被強迫地自動下降，通常可能小于最高采樣率。）一半的信號，這里示波器可以在波形一次“掃描”中，采集超過足夠量的點，構(gòu)建準(zhǔn)確的畫面，實時采樣是使用示波器捕獲快速、單次、瞬態(tài)信號的唯一方式。

等效時間采樣基于這樣一個事實，那就是大多數(shù)自然發(fā)生的事件和人為事件都是重復(fù)的。等效時間采樣從每次重復(fù)中捕獲少量信息，構(gòu)建重復(fù)的信號畫面。波形像一串燈，一直慢慢匯聚，一個接一個的亮起。這允許示波器準(zhǔn)確地捕獲其頻率成份遠遠高于示波器采樣率的信號。

等效時間采樣方法有兩種：“隨機等效采樣模式”和“順序等效采樣模式”。兩種方式各有優(yōu)點，隨機等效采樣模式允許顯示觸發(fā)點前面的輸入信號，而不使用延遲線路。順序等效采樣模式提供的時間分辨率和精度則要高得多。這兩種方法都要求輸入信號是重復(fù)的。

要確保過采樣，而不要欠采樣。欠采樣時示波器不能真實的還原原始波形，表現(xiàn)為波形局部細節(jié)丟失、失真等現(xiàn)象。

采樣率嚴重不夠會導(dǎo)致混疊，信號本來是左圖中黑線表示的正弦波，測量到的信號也仍然是正弦波，但頻率發(fā)生了改變。

那么在示波器的使用上，到底該如何選擇采樣率呢？一個原則就是：感興趣的信號上升沿能采樣3-5個點。上升沿能采樣最少有3個點，達到5個點就足夠了，采樣更多的樣本點意義也并不大，如表所示對于上升時間為1ns的信號，如果上升沿采樣5個點，也就是每間隔0.2ns采樣一個點，采樣率需要5GSa/s以上，表中可以看出當(dāng)采樣率為5GSa/s和10GSa/s時，測量上升時間的統(tǒng)計平均結(jié)果是一樣的，方差值都是0.02ns。

總之，判斷采樣率是否足夠，首先還是要看您感興趣的信號的細節(jié)的上升時間是多少。以感興趣的上升時間除以5得到采樣周期，采樣周期的倒數(shù)就是采樣率。或者說是“5除以上升時間”就得到要求的采樣率。