示波器那些事兒--之采樣率

采樣率（Sampling Rate）顧名思義就是“采樣的速率”，就是單位時間內將模擬電平轉換成離散的采樣點的速率。采樣過程反映了數字示波器的本質：將模擬信號離散為一個一個的采樣點。
數字示波器區(qū)別于模擬示波器的一個最大不同是將模擬信號進行離散化。在數字世界里，永遠只有0和1。如何將那些各種不同形狀的模擬信號轉換成為0和1呢？采樣保持電路根據采樣時鐘將連續(xù)的模擬信號“等時間間隔的”、“實時的”轉換為離散的電平，離散的電平再經過模數轉換器（ADC）轉換為一系列的0和1。對于8位ADC來說，8個連續(xù)的0和1組成一個采樣點，代表了一個電平值，示波器將這些離散的采樣點直接顯示或將點和點通過某種方式相連顯示為示波器屏幕上的波形。

離散的采樣點之間的間隔就是采樣周期，采樣周期的倒數就是采樣率，例如，采樣率2GSa/s就表示兩個采樣點之間的間隔為1ns。在“點顯示”方式和“線性插值”模式下，將示波器屏幕上的波形展開，有些示波器能看出屏幕上等時間間隔的采樣點，打開示波器光標可以測量出兩個點之間的間隔即為采樣周期。

某些示波器可以選擇采樣方法：“實時采樣（real-time sampling）”或“等效時間采樣（effective time sampling）”。
實時采樣特別適合頻率范圍不到示波器最大采樣率（備注：在示波器的面板上通常都會有標識采樣率，該采樣率就是指這臺示波器可以工作到的最高采樣率。但是，實際上示波器的“當前采樣率”由于受到存儲深度的限制，隨著示波器采集時間的增加，采樣率會被強迫地自動下降，通常可能小于最高采樣率。）一半的信號，這里示波器可以在波形一次“掃描”中，采集超過足夠量的點，構建準確的畫面，實時采樣是使用示波器捕獲快速、單次、瞬態(tài)信號的唯一方式。

等效時間采樣基于這樣一個事實，那就是大多數自然發(fā)生的事件和人為事件都是重復的。等效時間采樣從每次重復中捕獲少量信息，構建重復的信號畫面。波形像一串燈，一直慢慢匯聚，一個接一個的亮起。這允許示波器準確地捕獲其頻率成份遠遠高于示波器采樣率的信號。

等效時間采樣方法有兩種：“隨機等效采樣模式”和“順序等效采樣模式”。兩種方式各有優(yōu)點，隨機等效采樣模式允許顯示觸發(fā)點前面的輸入信號，而不使用延遲線路。順序等效采樣模式提供的時間分辨率和精度則要高得多。這兩種方法都要求輸入信號是重復的。

要確保過采樣，而不要欠采樣。欠采樣時示波器不能真實的還原原始波形，表現(xiàn)為波形局部細節(jié)丟失、失真等現(xiàn)象。

采樣率嚴重不夠會導致混疊，信號本來是左圖中黑線表示的正弦波，測量到的信號也仍然是正弦波，但頻率發(fā)生了改變。

那么在示波器的使用上，到底該如何選擇采樣率呢？一個原則就是：感興趣的信號上升沿能采樣3-5個點。上升沿能采樣最少有3個點，達到5個點就足夠了，采樣更多的樣本點意義也并不大，如表所示對于上升時間為1ns的信號，如果上升沿采樣5個點，也就是每間隔0.2ns采樣一個點，采樣率需要5GSa/s以上，表中可以看出當采樣率為5GSa/s和10GSa/s時，測量上升時間的統(tǒng)計平均結果是一樣的，方差值都是0.02ns。

總之，判斷采樣率是否足夠，首先還是要看您感興趣的信號的細節(jié)的上升時間是多少。以感興趣的上升時間除以5得到采樣周期，采樣周期的倒數就是采樣率。或者說是“5除以上升時間”就得到要求的采樣率。