因此在实际测量中,对于较高频的信号,工程师的眼睛应该时刻盯着示波器的采样率,防止混迭的风险。我们建议工程师在开始测量前先固定示波器的采样率,这样就避免了欠采样。力科示波器的时基(Time base)菜单里提供了这个选项,可以方便的设置。
由Nyquist定理我们知道对于最大采样率为10GS/s的示波器,可以测到的最高频率为5GHz,即采样率的一半,这就是示波器的数字带宽,而这个带宽是DSO的上限频率,实际带宽是不可能达到这个值的,数字带宽是从理论上推导出来的,是DSO带宽的理论值。与我们经常提到的示波器带宽(模拟带宽)是完全不同的两个概念。
那么在实际的数字存储示波器,对特定的带宽,采样率到底选取多大?通常还与示波器所采用的采样模式有关。
采样模式
当信号进入DSO后,所有的输入信号在对其进行A/D转化前都需要采样,采样技术大体上分为两类:实时模式和等效时间模式。
实时采样(real-time sampling)模式用来捕获非重复性或单次信号,使用固定的时间间隔进行采样。触发一次后,示波器对电压进行连续采样,然后根据采样点重建信号波形。
等效时间采样(equivalent-time sampling),是对周期性波形在不同的周期中进行采样,然后将采样点拼接起来重建波形,为了得到足够多的采样点,需要多次触发。等效时间采样又包括顺序采样和随机重复采样两种。使用等效时间采样模式必须满足两个前提条件:1.波形必须是重复的;2.必须能稳定触发。
实时采样模式下示波器的带宽取决于A/D转化器的最高采样速率和所采用的内插算法。即示波器的实时带宽与DSO采用的A/D和内插算法有关。
这里又提到一个实时带宽的概念,实时带宽也称为有效存储带宽,是数字存储示波器采用实时采样方式时所具有的带宽。这么多带宽的概念可能已经看得大家要抓狂了,在此总结一下:DSO的带宽分为模拟带宽和存储带宽。通常我们常说的带宽都是指示波器的模拟带宽,即一般在示波器面板上标称的带宽。而存储带宽也就是根据Nyquist定理计算出来的理论上的数字带宽,这只是个理论值。
通常我们用有效存储带宽(BWa)来表征DSO的实际带宽,其定义为:BWa=最高采样速率 / k,最高采样速率对于单次信号来说指其最高实时采样速率,即A/D转化器的最高速率;对于重复信号来说指最高等效采样速率。K称为带宽因子,取决于DSO采用的内插算法。DSO采用的内插算法一般有线性(linear)插值和正弦(sinx/x)插值两种。K在用线性插值时约为10,用正弦内插约为2.5,而k=2.5只适于重现正弦波,对于脉冲波,一般取k=4,此时,具有1GS/s采样率的DSO的有效存储带宽为250MHz。