存儲(chǔ)深度(Record Length)也稱記錄長度,它表示示波器可以保存的采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)。存儲(chǔ)深度如果為“20000個(gè)采樣點(diǎn)”則一般在技術(shù)指標(biāo)中會(huì)寫作“2Mpts”(這里的pts可以理解為“points”的縮寫)或2MS(這里的S也可以理解為“samples”的意思)。
存儲(chǔ)深度表現(xiàn)在物理介質(zhì)上其實(shí)是某種存儲(chǔ)器的容量,存儲(chǔ)器容量的大小也就是存儲(chǔ)深度。示波器采集的樣點(diǎn)存入到存儲(chǔ)器里面,當(dāng)存儲(chǔ)器保存滿了,老的采樣點(diǎn)會(huì)自動(dòng)溢出,示波器不斷采樣得到的新的采樣點(diǎn)又會(huì)填充進(jìn)來,就這樣周而復(fù)始,直到示波器被觸發(fā)信號(hào)“叫?!?,每“叫?!币淮?,示波器就將存儲(chǔ)器中保存的這些采樣點(diǎn)“搬移”到示波器的屏幕上進(jìn)行顯示,這兩次“搬移”之間等待的時(shí)間被稱為“死區(qū)時(shí)間”。有個(gè)形象的比喻,存儲(chǔ)器就像一個(gè)“水缸”,“水缸”的容量就是“存儲(chǔ)深度“,如果使用一個(gè)“水龍頭”以恒定的速度對水缸注水,水龍頭的水流速就是“采樣率”,當(dāng)水缸已經(jīng)被注滿水后,水龍頭仍然在對水缸注水,這時(shí)候水缸里的水有一部分就會(huì)溢出來,但水缸的總體容量是保持不變的。
存儲(chǔ)深度=采樣率 × 采樣時(shí)間,對于數(shù)字示波器,其最大存儲(chǔ)深度是一定的,但是在實(shí)際測試中所使用的存儲(chǔ)長度卻是可變的。 在存儲(chǔ)深度一定的情況下,存儲(chǔ)速度越快,存儲(chǔ)時(shí)間就越短,他們之間是一個(gè)反比關(guān)系。同時(shí)采樣率跟時(shí)基(timebase)是一個(gè)聯(lián)動(dòng)的關(guān)系,也就是調(diào)節(jié)時(shí)基檔位越小采樣率越高。存儲(chǔ)速度等效于采樣率,存儲(chǔ)時(shí)間等效于采樣時(shí)間,采樣時(shí)間由示波器的顯示窗口所代表的時(shí)間決定。譬如當(dāng)時(shí)基選擇10μs/div,因?yàn)樗捷S是10格(有些示波器是12格或14格),因此采樣時(shí)間為100μs,在1Mpts的存儲(chǔ)深度下,當(dāng)前的實(shí)際采樣率為1M÷100μs =10 GS/s , 如果存儲(chǔ)深度只有250Kpts,那當(dāng)前的實(shí)際采樣率就只要2.5GS/s了。
某些廠商制造的示波器,當(dāng)前的最大存儲(chǔ)深度可以在菜單中設(shè)置。一旦設(shè)置好當(dāng)前的最大存儲(chǔ)深度之后,調(diào)節(jié)水平時(shí)基,隨著采樣時(shí)間的增加,示波器的存儲(chǔ)深度會(huì)自動(dòng)增加,這個(gè)過程中采樣率保持不變;存儲(chǔ)深度隨采樣時(shí)間增加到當(dāng)前設(shè)置的最大存儲(chǔ)深度后,如果繼續(xù)增加采樣時(shí)間,采樣率會(huì)自動(dòng)下降,存儲(chǔ)深度保持不變。但是在有些情況下,因?yàn)椴蓸勇屎筒蓸訒r(shí)間的步進(jìn)是在固定的若干個(gè)檔位下跳變,并不是連續(xù)細(xì)調(diào)的,兩者相乘不一定和最大存儲(chǔ)深度的數(shù)值相同,這時(shí)候示波器可能會(huì)自動(dòng)調(diào)整當(dāng)前的采樣率或存儲(chǔ)深度,使得它們?nèi)邼M足乘積關(guān)系。
由存儲(chǔ)關(guān)系式知道:提高示波器的存儲(chǔ)深度可以間接提高示波器的采樣率,當(dāng)要測量較長時(shí)間的波形時(shí),由于存儲(chǔ)深度是固定的,所以只能降低采樣率來達(dá)到,但這樣勢必造成波形質(zhì)量的下降;如果增大存儲(chǔ)深度,則可以以更高的采樣率來測量,以獲取不失真的波形。
下圖中第一個(gè)圖形表明在采樣率足夠的前提下,觀察多個(gè)周期的樣本,需要的存儲(chǔ)深度很長,圖示中需要36個(gè)采樣點(diǎn)。第二個(gè)圖形采樣率依然保持方便,但存儲(chǔ)深度變小,只有9個(gè)采樣點(diǎn),因此只能采樣一個(gè)周期多點(diǎn)的波形。第三個(gè)波形仍然是存儲(chǔ)深度很小,只有9個(gè)采樣點(diǎn),但仍然要采樣和第一個(gè)圖形一樣多個(gè)周期的波形,其結(jié)果是采樣率變小,測量得到的波形就會(huì)失真。
對于高端示波器,存儲(chǔ)器芯片一直是核心技術(shù),示波器中的ADC速率太快,普通的存儲(chǔ)介質(zhì)根本來不及在這么短的時(shí)間內(nèi)“吞吐”那么大的數(shù)據(jù)量。譬如ADC的采樣速率是20GS/s,也就是說每秒要采集20G個(gè)點(diǎn),而每個(gè)點(diǎn)是由8個(gè)0和1組成,如果ADC的輸出是完全按照串行數(shù)據(jù)傳送到存儲(chǔ)器中,那么傳輸速率就是160Gbps,現(xiàn)在的PCI-Express 3.0的速率是8 Gbps,最高速的高速芯片在單板上傳輸?shù)乃俾适?5 Gbps,但還不成熟,也沒用到示波器上,高速的ADC采樣點(diǎn)怎么傳輸?shù)酱鎯?chǔ)器中,這是一個(gè)難題。其實(shí),這么高速的ADC也不可能是單芯片設(shè)計(jì)的,內(nèi)部是由很多的2.5GS/s或1.25S/s、250MS/s的小的ADC交織拼接的。