示波器的采樣率和存儲深度

因此，存儲深度決定了DSO同時分析高頻和低頻現(xiàn)象的能力，包括低速信號的高頻噪聲和高速信號的低頻調(diào)制。

了解了采樣率和存儲深度后，就非常容易理解這兩個參數(shù)對于實際測量的影響。

1 電源測量中長存儲的重要性
在常見的開關(guān)電源的測試中，開關(guān)頻率一般為200kHz左右或者更快，由于開關(guān)信號中經(jīng)常存在工頻調(diào)制，工程師需要捕獲工頻信號的四分之一周期或者半周期，甚至是多個周期。開關(guān)信號的典型上升時間約為100ns，為保證精確的重建波形需要在信號的上升沿上有5個以上的采樣點，即采樣率至少為5/100ns=50MSa/s，也就是兩個采樣點之間的時間間隔要小于100/5=20ns，對于至少捕獲一個工頻周期的要求，意味著需要捕獲一段20ms長的波形，這樣可以計算出來示波器每通道所需的存儲深度=20ms/20ns=1M。同樣，在分析電源上電的軟啟動過程中功率器件承受的電壓應力的最大值則需要捕獲整個上電過程（十幾毫秒），所需要的示波器采樣率和存儲深度甚至更高。

2 存儲深度對FFT結(jié)果的影響
在DSO中，通過快速傅立葉變換（FFT）可以得到信號的頻譜，進而在頻域?qū)σ粋€信號進行分析。如電源諧波的測量需要用FFT來觀察頻譜，在高速串行數(shù)據(jù)的測量中也經(jīng)常用FFT來分析導致系統(tǒng)失效的噪聲和干擾。

對于FFT運算，存儲深度將同時決定可觀察信號成分的最大范圍（奈奎斯特頻率）和頻率分辨率△f。如果奈奎斯特頻率為500MHz，分辨率為10kHz，若要獲得10kHz的分辨率，則采集時間至少為：
T=1/△f=1/10kHz=100ms

對于具有1M存儲器的數(shù)字示波器，可以分析的最高頻率為：
△f×N/2=10kHz×1M/2=5GHz

因此長存儲能產(chǎn)生更好的FFT結(jié)果，既增加了頻率分辨率又提高了信號對噪聲的比率。

需要指出的是，對于長波形的FFT分析需要示波器超強的數(shù)據(jù)處理能力，這往往超出了一般示波器的運算極限。力科示波器最大可以做128M點的FFT。

圖4 用力科示波器對18M數(shù)據(jù)做眼圖/抖動測量

3 高速串行信號分析需要真正意義的長存儲
當使用示波器進行抖動測試時，高速采集內(nèi)存長度是示波器進行抖動測試的關(guān)鍵指標。存儲深度不僅決定了一次抖動測試中樣本數(shù)的多少，還決定了示波器能夠測試的抖動頻率范圍。例如，用一個具有20GSa/s采樣率和1M存儲深度的示波器捕獲2.5Gb/s的信號，可得到50μs長的一段波形，意味著能捕獲到一個20kHz的低頻抖動周期。在相同采樣率下如果存儲深度增加到100M，則可以捕獲到200Hz的低頻抖動周期。

在眼圖測量中，由于高速串行總線的數(shù)據(jù)速率越來越高，需要示波器有更強的數(shù)據(jù)處理能力對大量的數(shù)據(jù)樣本做實時的眼圖分析。例如，對PCIE-G2的眼圖分析需要一次對1M UI的數(shù)據(jù)進行測量，捕獲連續(xù)的1M UI的數(shù)據(jù)樣本即200μs,在40GSa/s的采樣率下，需要的存儲深度達到8M，這個數(shù)據(jù)量的處理很容易導致示波器處理速度非常慢甚至死機！因此某些品牌的示波器就只能借助軟件來完成，但軟件做眼圖的效率是很低的，對于定位及調(diào)試并不是很好的工具。

目前，力科公司發(fā)布的基于X-Stream II架構(gòu)的第四代示波器率先提出了“可分析存儲深度”的觀念，在高采樣、長存儲下其運算和眼圖測量的速度比其他示波器快了2～50倍！可以從容應對當前及下一代高速串行總線的調(diào)試和分析。