示波器是工程師常用的測(cè)試儀器，用于觀察和分析電信號(hào)的波形。為了準(zhǔn)確捕捉和顯示信號(hào)，示波器的性能主要由三個(gè)核心參數(shù)決定：帶寬、采樣率和存儲(chǔ)深度。理解這些參數(shù)的含義及其相互關(guān)系，對(duì)于正確選擇和使用示波器至關(guān)重要。

1. 帶寬：決定示波器的頻率測(cè)量范圍

帶寬是示波器最重要的參數(shù)之一，它決定了示波器能夠準(zhǔn)確測(cè)量信號(hào)的頻率范圍。具體來(lái)說(shuō)，帶寬表示示波器在輸入信號(hào)頻率范圍內(nèi)，能夠準(zhǔn)確捕獲和顯示信號(hào)的最高頻率。帶寬的定義是基于信號(hào)幅度的衰減：當(dāng)信號(hào)頻率達(dá)到示波器的帶寬時(shí)，信號(hào)的幅度會(huì)衰減不超過(guò)3 dB（即信號(hào)幅度衰減至原始幅度的約70.7%）。例如，一個(gè)100MHz帶寬的示波器在測(cè)量100MHz的正弦波時(shí)，實(shí)際測(cè)得的信號(hào)幅度不會(huì)低于真實(shí)信號(hào)幅度的0.707倍。如果信號(hào)的頻率超過(guò)示波器的帶寬，示波器將無(wú)法準(zhǔn)確反映該頻率成分的波形，信號(hào)會(huì)被過(guò)度衰減和失真。因此，選擇示波器時(shí)，帶寬應(yīng)至少與被測(cè)信號(hào)的最高頻率相匹配。例如，如果你需要測(cè)量一個(gè)包含100MHz高頻成分的信號(hào)，那么你需要一個(gè)至少100MHz帶寬的示波器。

我們用20M、60M、100M帶寬的示波器分別觀察20M的方波信號(hào)

20M示波器

60M示波器

100M示波器

2. 采樣率：決定波形細(xì)節(jié)的捕捉能力

采樣率是指示波器每秒鐘對(duì)輸入信號(hào)采集的樣本數(shù)，單位為樣本每秒（Sa/s）。采樣率決定了示波器捕捉波形細(xì)節(jié)的能力。根據(jù)奈奎斯特采樣定理，示波器的采樣率至少應(yīng)是被測(cè)信號(hào)最高頻率的兩倍，才能準(zhǔn)確重構(gòu)信號(hào)。如果采樣率不足，可能會(huì)產(chǎn)生混疊現(xiàn)象，導(dǎo)致示波器無(wú)法正確顯示信號(hào)的頻率特征。

例如，1GSa/s的采樣率表示示波器每秒可以采集10億個(gè)樣本。對(duì)于高頻信號(hào)或瞬態(tài)事件，更高的采樣率可以捕捉更多的信號(hào)細(xì)節(jié)。通常，示波器的采樣率應(yīng)至少是其帶寬的2~5倍，以確保信號(hào)的準(zhǔn)確重構(gòu)。例如，一個(gè)100MHz帶寬的示波器，采樣率至少應(yīng)為200MSa/s，但為了獲得更好的波形細(xì)節(jié)，建議選擇500MSa/s或更高的采樣率。

3. 存儲(chǔ)深度：決定信號(hào)記錄的時(shí)間長(zhǎng)度

存儲(chǔ)深度是指示波器在一次采樣過(guò)程中能夠存儲(chǔ)的樣本數(shù)量，通常以字節(jié)或點(diǎn)數(shù)（Points）為單位。例如，10Mpts表示示波器可以存儲(chǔ)1000萬(wàn)個(gè)采樣點(diǎn)。存儲(chǔ)深度決定了示波器在給定采樣率下能夠捕獲的時(shí)間長(zhǎng)度。存儲(chǔ)深度越大，示波器可以在高采樣率下記錄的波形越長(zhǎng)。

當(dāng)存儲(chǔ)深度不足時(shí)，示波器在長(zhǎng)時(shí)間采樣時(shí)可能會(huì)降低采樣率，從而影響波形細(xì)節(jié)的精確捕捉。例如，如果示波器的存儲(chǔ)深度為2.5Kpts，采樣率為1GSa/s，那么它最多只能存儲(chǔ)2.5K個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。根據(jù)公式“采集時(shí)間=存儲(chǔ)深度/采樣率”，2.5K/1GSa/s=2.5μs，這意味著示波器只能在2.5微秒內(nèi)以1GSa/s的采樣率進(jìn)行采樣。如果信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過(guò)2.5微秒，示波器將不得不降低采樣率，從而丟失部分波形細(xì)節(jié)。

4. 帶寬、采樣率與存儲(chǔ)深度的關(guān)系

帶寬、采樣率和存儲(chǔ)深度是示波器的三大核心參數(shù)，它們共同決定了示波器的性能。帶寬決定了示波器能夠準(zhǔn)確測(cè)量的信號(hào)頻率范圍；采樣率決定了示波器在該頻率范圍內(nèi)能夠以多高的精度采集信號(hào)；存儲(chǔ)深度則決定了示波器能夠記錄信號(hào)的時(shí)長(zhǎng)。在實(shí)際應(yīng)用中，這三個(gè)參數(shù)需要綜合考慮。例如，如果你需要測(cè)量一個(gè)高頻信號(hào)，首先需要選擇足夠高的帶寬；其次，為了準(zhǔn)確捕捉信號(hào)細(xì)節(jié)，采樣率應(yīng)至少是信號(hào)最高頻率的兩倍；最后，為了記錄較長(zhǎng)時(shí)間的信號(hào)，存儲(chǔ)深度也需要足夠大，以確保在高采樣率下能夠捕獲完整的波形。