以下文章來源于硬件精選筆記 ,作者DTDZ
示波器測量信號的精度和準確性主要取決于示波器的四大參數(shù):帶寬、采樣率、存儲深度和波形捕獲率,示波器的價格也主要取決于這些參數(shù)的高低。那你都了解他們是什么含義嗎?
圖1 示波器的四大參數(shù)
①帶寬
示波器的帶寬表示示波器所能準確測量信號的最高頻率,但此時的信號幅值其實已經(jīng)衰減到原信號幅值的0.707倍了,因此在選擇帶寬時,一般讓示波器的帶寬至少是被測信號頻率的5倍。帶寬越寬所能測量的信號的頻率也就越寬。
如果我們用帶寬是100MHz的示波器去測量頻率同樣為100MHz的方波信號時,會發(fā)生什么呢?
其實測量到的波形會變成正弦波,我們都知道方波其實是由正弦波(基波)加上它的奇次諧波分量所組成的,公式如下:
圖2 方波的表達式
圖3 方波由基波加正弦波組成
從公式可以看出,正弦波(基波)的頻率與方波的頻率一致都為100MHz,而3次諧波、5次諧波的頻率依次為300MHz、500MHz,而示波器的頻率只有100MHz,因此只能準確的測量到基波(也就是正弦波),從而使的測到的波形嚴重失真。
②采樣率
采樣率是指示波器每秒采集的樣本數(shù)量,單位通常是Sa/s(采樣次數(shù)每秒)或GS/s(十億次采樣每秒)。根據(jù)香農定理,為了避免波形混疊,采樣率應該大于被測信號頻率的兩倍。在實際應用中,采樣率至少需要大于帶寬的兩倍,以確保能夠捕捉到信號的所有細節(jié)。
采樣率越大,相同時間采集到的樣本點數(shù)量也就越多,下圖展示了不同的采樣率對采集到的波形的影響。
圖4 不同采樣率對采集到的波形的影響
圖4中黑色的點代表采樣點,藍色的線代表采樣得到的波形,可以看出:采樣率越高,采集的點越多,得到的波形越接近真實的波形。
③存儲深度
存儲深度表示示波器能夠存儲的采樣點數(shù)量,單位通常是Mpts(百萬點)。存儲深度與記錄時間長度和采樣率有關,存儲深度=捕獲時間長度×當前采樣率。
圖5 示波器的存儲深度
按照圖5所示,如果此時示波器的采樣率為2.5GS/s,選擇存儲深度為最大10M,則在這種設置下,示波器所能存儲波形的時間為:t=10M/2.5G=4ms(注:1G=1000M),也就是此時示波器只能采集4ms的波形。這還是在選擇最大存儲深度的情況下,顯然這不符合我們的實際測試需求。實際上,2.5GS/s是這個示波器的最大采樣率,而實際的采樣率示波器會根據(jù)時間進行自動的調整,如下圖所示的示波器此時的采樣率為25M次/秒。
圖6 示波器的實際采樣率會根據(jù)時間進行自動調整
存儲深度越大,則在相同的時間里,就可以設置更高的采樣率,從而使采集的波形更精確。如果采樣率設置為一個定值,那么我們容易知道,當存儲深度越大,就可以存儲更長時間的波形。如下圖所示,觸發(fā)點一般在示波器最上方的中間位置,在前一篇文章的屏幕詳解里已經(jīng)做過了介紹,存儲深度越大,觸發(fā)點前后的波形就越長。