什么是示波器的采样率？
示波器的模数转换器 (ADC) 能够将模拟信号转换成数字信号。这种模数转换率就被称为“采样率”。示波器的采样率指的是每秒采集样本的次数，单位通常是MS/s或GS/s。采样率越高，能捕获的信号细节就越多。
如何选择需要的示波器采样率？
影响采样率的因素很多，采样率的基本概念、奈奎斯特定理、实际倍数选择、示波器类型的影响、存储深度、带宽、应用场景举例以及预算考虑都是选择示波器采样率需要考虑的，示波器的采样率应至少为带宽的 2.5 倍。例如，如果示波器的带宽为 1.5 GHz，则采样率应高于 3.75 Gsample/s。大部分数字示波器通常都符合这个最低要求。但是，示波器可能通过多通道交织来提供最大采样率。
例如，由EUTTEST代理销售的300 MHz R&S示波器®RTC1000 的单通道采样率为 2 Gsample/s，双通道采样率为 1 Gsample/s。不过，即使 R&S®RTC1000 的双通道采样率降低，也仍超过模拟带宽的 2.5 倍！
一般而言，采样率越大越好
选择示波器的采样率需要综合考虑信号特性、测量需求和示波器性能，以下是关键步骤和建议：
根据信号最高频率确定最低采样率
- 奈奎斯特采样定理：采样率（fsfs）至少是信号最高频率（fmax）的 2倍（即 fs≥2fmax），否则会导致混叠（Aliasing）。
- 实际建议：
为确保波形细节的精确重建，通常选择 5-10倍于fmax。例如：- 测量 100MHz的正弦信号，理论最低采样率为 200MS/s，但实际建议选择 1GS/s（即10倍）。
- 对于快速边沿信号（如数字脉冲），需根据信号上升时间（tr）计算有效频率
f≈0.35/tr≈0.35
并据此选择采样率。
示波器类型的影响
- 实时采样（Real-Time Sampling）：
适用于单次或非重复信号，采样率需全程满足要求（如捕捉瞬态事件）。 - 等效采样（Equivalent-Time Sampling）：
仅适用于周期性重复信号，通过多次采样重建波形，可降低实时采样率要求。
存储深度（Memory Depth）的权衡
- 存储深度 = 采样率 × 时间窗口。
若需长时间捕获信号（如分析协议包），需在存储深度和采样率间平衡：- 高采样率 + 长捕获时间 → 需要极大存储深度，否则可能被迫降低采样率。
- 例如：1GS/s采样率下，10ms时间窗口需要存储深度 1G/s×0.01s=10Mpoints。
带宽与采样率的匹配
- 示波器带宽应高于信号最高频率（通常带宽 ≥ 信号频率的1.5倍）。
注意：带宽不足时，即使采样率高，高频信号仍会被衰减。
具体应用场景示例
- 数字信号（如SPI、I2C）：
采样率需足以捕捉最短脉冲或上升时间。例如，上升时间 tr=1ns 的信号，有效频率 fedge=350MHz，建议采样率 ≥3.5GS/s。 - 电源噪声测量：
关注低频纹波和高频噪声，采样率通常需 ≥100MS/s。 - 射频信号（如50MHz载波+调制）：
根据调制带宽扩展需求，可能需要更高采样率。
预算与性能平衡
- 高采样率示波器价格昂贵，需根据实际需求选择性价比方案。例如：
- 调试低频控制信号（≤20MHz），500MS/s采样率足够。
- 分析高速串行总线（如USB 3.0），需≥5GS/s。
总结：选择示波器的采样率的步骤
- 确定信号最高频率或上升时间。
- 计算最低采样率（≥5倍fmax或满足上升时间分辨率）。
- 检查示波器带宽是否匹配。
- 根据存储深度需求调整采样率与时间窗口。
- 结合实际应用和预算选择最终方案。
示例公式：
对于上升时间 tr的信号，采样间隔应 ≤ tr/10，则采样率：
fs≥10/tr
通过以上步骤，可高效选择适合的示波器采样率，避免数据失真或资源浪费。
示波器提供不同的采集模式，例如“峰值检测”或“高分辨率”模式。在这些模式下，ADC 能够继续以最大采样率运行，但内存中存储的数据点数量会减少。这些模式为信号速率相对较慢的应用提供更高的采样率。
