如何選擇一個示波器-專題二

除了示波器的模擬帶寬外，采樣率也是非常重要的參數(shù)。采樣率的單位是MS/s（Megasamples per second）或GS/s(Gigasamples per second)。一般情況下，各個示波器公布的采樣率參數(shù)都是指單通道最高采樣率。如果一臺兩通道的示波器，公布的采樣率參數(shù)為1GS/s，兩個通道同時使用時，每通道的最高采樣率為500MS/s。

所以，你需要多高的采樣率？對奈奎斯特定律熟悉的人，可能簡單的認為采樣率僅為待測信號帶寬的2倍即可。但是當根據(jù)這個原則采集信號時，信號往往是失真的。當然，更高的帶寬和采樣率下，這個定律是非常適用的，例如，5倍的采樣率。圖3顯示了用50MHz示波器采集25.3MHz的方波。此時，方波信號嚴重失真。然后，如果只將采樣率提到到100MS/s，一下子還真無法認出是方波。與100MS/s的采樣率相比，500MS/s采樣率采集出來的信號更像是方波信號（但是由于示波器帶寬的限制，方波還是被磨平了一些）

圖3 用100MS/s采樣率采集25.3MHz的方波信號，嚴重失真。用500MS/s采集出來的信號看起來有點像方波信號的。

三、等時間采樣（ETS）

一些示波器有一個等時間采樣模式，一個快速采樣模式。如PicoScope 6000系列采樣率為5G/s, 其在ETS模式下，單通道采樣率能夠達到200GS/s，四個通道同時使用時，ETS采樣率高達50GS/s。

值得一提的是ETS模式下高采樣率是通過AD采樣時鐘精確的相位偏移實現(xiàn)的。該模式適用于穩(wěn)定的周期信號。因為一段時間之后，波形將重建。簡言之，就是一個周期采集一個數(shù)據(jù)點，下一個周期在采集一個采樣點，兩個采樣點有固定的相位差。采集多個周期之后，會將這些點合成一個周期的波形。

四、ADC分辨率

還有一個常常需要考慮的核心參數(shù)：AD分辨率。即模擬波形如何映射到數(shù)字波形的。一個8位的ADC表示可以將模擬波形分為28=256等份。例如示波器的測量范圍是±5 V，峰峰值10V，表示示波器能夠分辨的最小電壓為10V/256=39.06mV.

這也告訴我們數(shù)字示波器一個事實：選擇盡可能小的測量范圍，以便于獲得更準確的測量結(jié)果。測量范圍±1V，8位分辨率分辨的最小電壓7.813mV。但是往往待測信號摻雜其他信號，例如一個帶負載的開關(guān)，剛打開的瞬間會有一個7V的尖峰，然后才回到正常的0.5V。如果你想要測量該尖峰，那么你就不能用最小的測量范圍。

一個12位的分辨率的示波器，當測量范圍為±5 V（峰峰值10V），將模擬信號分成212=4096等份，最小可分辨電壓為2.551mV。如果分辨率為16位，10V峰峰值電壓范圍被分為216=65536份，最小分辨電壓0.1526mV。一般情況下，我們需要在高分辨率慢速ADC和低分辨率快速ADC之前作出取舍。但是Pico Technology 的柔性分辨率5000系列示波器是一個例外，因為它允許你動態(tài)的在8位、10位、12位、14位、15位、16位分辨率進行切換。不過分辨率的選擇同時使用的通道數(shù)量和最高采樣率。

一般的示波器都是8位的ADC分辨率，當然也有一些高分辨的示波器。但是這些高分辨率是固定的，無法改變。所以在購買示波器時，我們必須選擇要買高分辨率的示波器還是高采樣率的示波器（分辨率高，采樣率相對就低一些）。有些聰明的示波器廠家說他們的示波器可以使用8-14位的分辨率，也可以選擇不同的采樣率。他們可以單賣采集板卡，讓用戶可以將原有的示波器升級到更高的分辨率。TiePie就是這樣做的。除了之前提到的柔性分辨率示波器，Pico Technology 也有最高14位的固定高分辨率示波器。一些其他大的示波器廠家也有高分辨率示波器。例如 力科HRO高分辨率示波器（12位分辨率）。

許多示波器表明可以有等效高分辨分辨率或軟件分辨率增強功能。這是通過濾波實現(xiàn)的一種軟件增強技術(shù)。該技術(shù)可能對測量信號的帶寬有一定的影響。千萬要注意，一個實際12位，100MHz帶寬的示波器跟通過8位分辨率，100MHz示波器軟件增強技術(shù)實現(xiàn)12位分辨率是不一樣的。

用示波器的FFT模式（通常稱為頻譜分析儀模式），我們可以看到高分辨ADC和增強的分辨率的不同。如果只需要在屏幕上觀看時域波形，那么我們可能不會注意14位分辨率的精確度或者其他。但是，如果需要測量諧波失真（THD），或者其需要精確測試頻率的應(yīng)用，高分辨是直觀重要的。

圖4 不同分辨率下的顯示效果