淺談示波器的存儲深度

存儲深度是示波器所能存儲的采樣點多少的量度。如果您需要不間斷的捕捉一個脈沖串，則要求示波器有足夠的存儲器以便捕捉整個事件。將所要捕捉的時間長度除以精確重現(xiàn)信號所須的取樣速度，可以計算出所要求的存儲深度，也稱記錄長度。并不是有些國內(nèi)二流廠商對外宣稱的“存儲深度是指波形錄制時所能錄制的波形最長記錄“，這樣的偷換概念，完全向相反方向引導(dǎo)人們的理解，難怪乎其技術(shù)指標(biāo)高達(dá)”1042K“的記錄長度。這就是為什么他們不說存儲深度是在高速采樣下，一次實時采集波形所能存儲的波形點數(shù)。

把經(jīng)過A/D數(shù)字化后的八位二進制波形信息存儲到示波器的高速CMOS內(nèi)存中，就是示波器的存儲，這個過程是“寫過程”。內(nèi)存的容量（存儲深度）是很重要的。對于DSO，其最大存儲深度是一定的，但是在實際測試中所使用的存儲長度卻是可變的。

在存儲深度一定的情況下，存儲速度越快，存儲時間就越短，他們之間是一個反比關(guān)系。同時采樣率跟時基（timebase）是一個聯(lián)動的關(guān)系，也就是調(diào)節(jié)時基檔位越小采樣率越高。存儲速度等效于采樣率，存儲時間等效于采樣時間，采樣時間由示波器的顯示窗口所代表的時間決定，所以：

存儲深度＝采樣率×采樣時間（距離=速度×時間）

由于DSO的水平刻度分為12格，每格的所代表的時間長度即為時基（timebase）,單位是s/div,所以采樣時間＝timebase×12.由存儲關(guān)系式知道：提高示波器的存儲深度可以間接提高示波器的采樣率，當(dāng)要測量較長時間的波形時，由于存儲深度是固定的，所以只能降低采樣率來達(dá)到，但這樣勢必造成波形質(zhì)量的下降；如果增大存儲深度，則可以以更高的采樣率來測量，以獲取不失真的波形。

下圖曲線揭示了采樣率、存儲深度、采樣時間三者的關(guān)系及存儲深度對示波器實際采樣率的影響。比如，當(dāng)時基選擇10us/div檔位時，整個示波器窗口的采樣時間是10us/div * 12格=120us，在1Mpts的存儲深度下，當(dāng)前的實際采樣率為：1M÷120us︽8.3GS/s，如果存儲深度只有250K，那當(dāng)前的實際采樣率就只要2.0GS/s了！

一句話，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。

長存儲對測量的影響
明白了存儲深度與取樣速度密切關(guān)系后，我們來淺談下長存儲對于我們平常的測量帶來什么的影響呢？平常分析一個十分穩(wěn)定的正弦信號，只需要500點的記錄長度；但如果要解析一個復(fù)雜的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流，則需要有上萬個點或更多點的存儲深度，這是普通存儲是做不到的，這時候就需要我們選擇長存儲模式?？上驳氖乾F(xiàn)在國產(chǎn)示波已經(jīng)具有這樣的選擇，比如鼎陽（Siglent）公司推出的ADS1000CA系列示波器高達(dá)2M的存儲深度，是目前國產(chǎn)示波器最大的存儲深度示波器，打破了只有高端示波器才可能具有大的存儲深度的功能。通過選擇長存儲模式，以便對一些操作中的細(xì)節(jié)進行優(yōu)化，同時配備1G實時采樣率以及高刷新率，完美再現(xiàn)捕獲波形。
長存儲對平常的測量中，影響最明顯的是在表頭含有快速變化的數(shù)據(jù)鏈和功率測量中。這是由于功率電子的頻率相對較低（大部分小于1MHz），這對于我們選擇示波器帶寬來說300MHz的示波器帶寬相對于幾百KHz的電源開關(guān)頻率來說已經(jīng)足夠，但很多時候我們卻忽略了對采樣率和存儲深度的選擇.比如說在常見的開關(guān)電源的測試中，電壓開關(guān)的頻率一般在200KHz或者更快，由于開關(guān)信號中經(jīng)常存在著工頻調(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)信號的上升時間約為100ns，我們建議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=50MS/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，意味著我們需要捕獲一段20ms長的波形，這樣我們可以計算出來示波器每通道所需的存儲深度=20ms/20ns=1Mpts ！這就是為什么我們需要大的存儲深度的原因了！如果此時存儲深度達(dá)不到1 Mpts，只有普通示波器的幾K呢？那么要么我們無法觀測如此長周期信號，要么就是觀測如此長周期信號時只能以低采樣率進行采樣，結(jié)果波形重建的時候根本無法詳細(xì)顯示開關(guān)頻率的波形情況。
長存儲模式下，既保證了采樣在高速率下對信號進行采樣，又能保證記錄長時間的信號。如果此時只進行單次捕捉或停止采集，那么在不同時基下擴展波形時由于數(shù)據(jù)點充分，可以很好觀測疊加在信號上面的小毛刺等異常信號，這對于工程師發(fā)現(xiàn)問題、調(diào)測設(shè)備帶來極大的便利。而如果是普通存儲，為了保持高的采樣率，則在長的記錄時間內(nèi)，由于示波器的連續(xù)采樣，則內(nèi)存中已經(jīng)記錄了幾幀數(shù)據(jù)，內(nèi)存中的數(shù)據(jù)并不是一次采集獲得的數(shù)據(jù)，此時如果停止采集，并對波形旋轉(zhuǎn)時基進行放大顯示，則只能達(dá)到有限的幾個檔位，無法實現(xiàn)全掃描范圍的觀察。
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(dǎo)致系統(tǒng)失效的噪聲和干擾。對于FFT運算來說，示波器可用的采集內(nèi)存的總量將決定可以觀察信號成分的最大范圍（奈奎斯特頻率），同時存儲深度也決定了頻率分辨率△f。如果奈奎斯特頻率為500 MHz，分辨率為10 kHz，考慮一下確定觀察窗的長度和采集緩沖區(qū)的大小。若要獲得10kHz 的分辨率，則采集時間至少為： T = 1/△f = 1/10 kHz = 100 ms，對于具有100kB 存儲器的數(shù)字示波器，可以分析的最高頻率為：
△ f × N/2 = 10 kHz × 100kB/2 = 500MHz。對于DSO來說，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。

總之，長存儲起到一個總覽全局又細(xì)節(jié)呈現(xiàn)的的效果，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。