因此在實際測量中,對于較高頻的信號,工程師的眼睛應該時刻盯著示波器的采樣率,防止混迭的風險。我們建議工程師在開始測量前先固定示波器的采樣率,這樣就避免了欠采樣。力科示波器的時基(Time base)菜單里提供了這個選項,可以方便的設置。
由Nyquist定理我們知道對于最大采樣率為10GS/s的示波器,可以測到的最高頻率為5GHz,即采樣率的一半,這就是示波器的數字帶寬,而這個帶寬是DSO的上限頻率,實際帶寬是不可能達到這個值的,數字帶寬是從理論上推導出來的,是DSO帶寬的理論值。與我們經常提到的示波器帶寬(模擬帶寬)是完全不同的兩個概念。
那么在實際的數字存儲示波器,對特定的帶寬,采樣率到底選取多大?通常還與示波器所采用的采樣模式有關。
采樣模式
當信號進入DSO后,所有的輸入信號在對其進行A/D轉化前都需要采樣,采樣技術大體上分為兩類:實時模式和等效時間模式。
實時采樣(real-time sampling)模式用來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。
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:1.波形必須是重復的;2.必須能穩定觸發。
實時采樣模式下示波器的帶寬取決于A/D轉化器的最高采樣速率和所采用的內插算法。即示波器的實時帶寬與DSO采用的A/D和內插算法有關。
這里又提到一個實時帶寬的概念,實時帶寬也稱為有效存儲帶寬,是數字存儲示波器采用實時采樣方式時所具有的帶寬。這么多帶寬的概念可能已經看得大家要抓狂了,在此總結一下:DSO的帶寬分為模擬帶寬和存儲帶寬。通常我們常說的帶寬都是指示波器的模擬帶寬,即一般在示波器面板上標稱的帶寬。而存儲帶寬也就是根據Nyquist定理計算出來的理論上的數字帶寬,這只是個理論值。
通常我們用有效存儲帶寬(BWa)來表征DSO的實際帶寬,其定義為:BWa=最高采樣速率 / k,最高采樣速率對于單次信號來說指其最高實時采樣速率,即A/D轉化器的最高速率;對于重復信號來說指最高等效采樣速率。K稱為帶寬因子,取決于DSO采用的內插算法。DSO采用的內插算法一般有線性(linear)插值和正弦(sinx/x)插值兩種。K在用線性插值時約為10,用正弦內插約為2.5,而k=2.5只適于重現正弦波,對于脈沖波,一般取k=4,此時,具有1GS/s采樣率的DSO的有效存儲帶寬為250MHz。