如何正確設(shè)置示波器的采樣率？

什么是示波器的采樣率

在示波器中，采樣指的是將模擬信號(hào)通過(guò)AD轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)的過(guò)程。通俗講，采樣實(shí)際上是用點(diǎn)來(lái)描繪進(jìn)入示波器的模擬信號(hào)。

采樣率，也稱為采樣速度或者采樣頻率，定義了示波器在單位時(shí)間內(nèi)從連續(xù)信號(hào)中提取并組成離散信號(hào)的采樣個(gè)數(shù)，它用赫茲（Hz）來(lái)表示。采樣率的倒數(shù)是采樣周期或者叫作采樣時(shí)間，它是采樣之間的時(shí)間間隔。

采樣率不足會(huì)有什么影響

采樣定理，又稱香農(nóng)采樣定律、奈奎斯特采樣定律，是信息論，特別是通訊與信號(hào)處理學(xué)科中的一個(gè)重要基本結(jié)論。定理指出如果信號(hào)是帶限的，并且采樣頻率高于信號(hào)最高頻率的一倍，那么，原來(lái)的連續(xù)信號(hào)可以從采樣樣本中重建出來(lái)。高于或處于奈奎斯特頻率的頻率分量則會(huì)導(dǎo)致混疊現(xiàn)象。

對(duì)于示波器而言，采樣率的高低對(duì)于構(gòu)造波形的真實(shí)性有直接影響。當(dāng)示波器采樣率不足時(shí)通常體現(xiàn)為波形失真、波形混淆以及波形漏失。

波形失真

失真又稱畸變, 指信號(hào)在傳輸過(guò)程中與原有信號(hào)或標(biāo)準(zhǔn)相比所發(fā)生的偏差。在示波器中的表現(xiàn)為采樣點(diǎn)數(shù)不足，無(wú)法還原其曲線特征。

波形混疊

波形混疊由于采樣信號(hào)頻譜發(fā)生變化，而出現(xiàn)高、低頻成分發(fā)生混淆的一種現(xiàn)象。抽樣時(shí)頻率不夠高，抽樣出來(lái)的點(diǎn)既代表了信號(hào)中的低頻信號(hào)的樣本值，也同時(shí)代表高頻信號(hào)樣本值，在信號(hào)重建的時(shí)候，高頻信號(hào)被低頻信號(hào)代替，兩種波形重疊在一起，形成嚴(yán)重失真。波形混疊會(huì)產(chǎn)生假頻率、假信號(hào)、會(huì)嚴(yán)重的影響測(cè)量結(jié)果。采樣頻率小于模擬信號(hào)中所要分析的最高分量的頻率的2倍，就會(huì)發(fā)生。

波形漏失

從采樣率的描述中可以知道，在兩個(gè)采樣點(diǎn)之間存在一個(gè)采樣間隔。當(dāng)采樣率較小時(shí)，采樣間隔中出現(xiàn)的窄脈沖就容易漏失。

2. 測(cè)試中該如何設(shè)置采樣率

在示波器中，采樣率=存儲(chǔ)深度/采樣時(shí)間。而示波器通常有采樣率可調(diào)和存儲(chǔ)深度可調(diào)兩種。采樣率可調(diào)即可以直接設(shè)置需要的采樣率，示波器根據(jù)采樣時(shí)間匹配存儲(chǔ)深度。而存儲(chǔ)深度可調(diào)則相反，設(shè)置存儲(chǔ)深度后，示波器根據(jù)采樣時(shí)間匹配最大采樣率。

圖為存儲(chǔ)深度可調(diào)的示波器界面

在示波器中，采樣率與存儲(chǔ)深度的菜單一般在水平菜單或采集菜單當(dāng)中。當(dāng)輸入信號(hào)為周期信號(hào)時(shí)，可以通過(guò)AUTOSET進(jìn)行快速的參數(shù)配置。

如果信號(hào)頻率參數(shù)已知，可以修改水平時(shí)基確定采樣時(shí)間后，逐步調(diào)節(jié)存儲(chǔ)深度，獲取較好的采樣率設(shè)置。

2G采樣率下采集到的25MHz正弦信號(hào)

10M采樣率下采集到的25MHz正弦信號(hào)

總結(jié)：正確設(shè)置采樣率需要考慮測(cè)試時(shí)的信號(hào)頻率，測(cè)試需求，設(shè)備存儲(chǔ)性能等。

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