浅谈数字示波器的三个主要指标
数字示波器的指标主要有三个：带宽、采样率、内存深度。下面分别介绍。
一、示波器的带宽
带宽是示波器最重要的一个指标，它决定了所用示波器测量高频信号的能力。上篇文章中我们说过，示波器的带宽主要由前端的放大器等模拟器件的特性所决定。对于一般的放大器，其增益不可能在任何频率下都保持一致，当然示波器中使用的放大器也是如此。示波器中的放大器的工作频点是从直流开始的，其增益随着输入信号的频率增高会逐渐下降。一般把放大器增益下降-3dB对应的频点称为这个放大器的带宽。示波器的带宽也是这样定义的。
这里需要注意的是，-3dB是按信号功率计算的，相当于信号的功率增益下降了1/2,但示波器实际测量的是电压信号，功率与电压的平方成正比，所以-3dB相当于示波器电压的增益随着频率的增加下降到原来的0.707倍。如下图1所示，信号发生器产生了一个20MHz，1V峰峰值的正弦波信号，用500MHz带宽的示波器测量到的幅度是1V。
但当示波器的带宽限制到只有20MHz时，测量到信号的幅度为0.7V，如图2所示。
二、示波器的采样率
被测信号经过示波器前端的放大、衰减等信号调理电路后，接下来就是进行信号的采样和数字量化，而信号的采样和数字化是通过高速的模数转换器（ADC）来完成的，示波器的采样率就是指对输入信号进行A/D转换时采样时钟的频率。输入到示波器的信号是模拟信号，模拟信号在时间和数值上都是连续的，也就是对于任意时刻，都有确定的电压值，而且电压的幅值是连续的。与模拟信号不同，数字信号在时间和数值上都是离散的，电压的变化在时间上不连续，总是发生在离散的瞬间，而且电压的数值是最小量值的整数倍。模拟信号经过模数转化后，在时间和电压上连续变化的波形就变为一个个离散的数字化的样点，而这过程中要尽可能真实地重建波形，最重要的是在水平方向上的时间轴上的采样点是否足够密集和在垂直方向上的电压的量化级数。水平方向采样点的间隔取决于示波器ADC的采样率，而垂直方向的电压量化级数则取决于ADC的位数。高速采样之后，再根据这些连续的采样的样点恢复波形。数字信号处理中的奈奎斯特定律告诉我们，如果被测信号的带宽是有限的，那么在对信号进行采样和量化时，如果采样率是被测信号的带宽的2倍以上，就可以会恢复信号中承载的信息。下面几张图是在不同采样率下对20MHz的正弦波采样并重建波形的情况。在采样率为20MHZ时明显信号失真。
图3
图4
图5
三、示波器的内存深度
对于高速的数字实时示波器来说，由于其采样率很高，这个高速的数据以现有的数字处理技术是不可能实时处理的。所以数字示波器在工作时都是先把信号采集一段到其高速缓存中，然后再把缓存中的数据读出来显示。这段缓存的深度，有时也称为示波器的内存深度（存储深度），决定了示波器在进行一次连续采集时所能采集到的最长的时间长度。通常用以下公式计算示波器能够一次连续采集的波形长度：时间长度=内存深度/采样率。如下图六所示，内存深度是100Mpts,采样率为20GSa/s,所以时间长度为5ms。
图6
需要注意的是，一般我们所说的示波器的内存深度是这台示波器配置的最大内存深度。由于内存深度设置很深时示波器要处理的数据量很多，可能波形的更新速度会很慢。有的示波器厂商为改善用户使用的感受，默认会根据示波器时基刻度来自动调整所用的内存深度，而当内存深度增加到最大仍不足以保证采集更长的时间时，示波器通常会自动降低采样率以获得更长的采样时间。因此在增加示波器的时基刻度时，非常重要的一点是要注意观察示波器采样率的变化，防止采样率的下降造成信号的失真或混叠。图七是示波器的水平调节按钮。
图7
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terrydl Lv9. 科学家 2022-04-22学习 -
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titan Lv8. 研究员 2021-07-03学习 -
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EEric Lv7. 资深专家 2021-06-28有帮助 -
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