使用示波器时如何选择采样率？

对于实时示波器来说，目前普遍采用的是实时采样方式。所谓实时采样，就是对被测的波形信号进行等间隔的一次连续的高速采样，然后根据这些连续采样的样点重构或恢复波形。在实时采样过程中，很关键的一点是要保证示波器的采样率要比被测信号的变化快很多。

那么究竟要快多少呢？可以参考数字信号处理中的奈奎斯特（Nyquist）定律。Nyquist定律说， 如果被测信号带宽是有限的，那么在对信号进行采样和量化时，如果采样率是被测信号带宽的2倍以上，就可以完全重建或恢复出信号中承载的信息而不会产生混叠。

如下图就是采样率不足导致的信号混叠，可以看到采集到的信号和原始信号相比，频率变小了很多。

大多数示波器会提供几种采样模式供用户选择，常见的有正常采样、平均采样、峰值采样和包络采样。

正常采样模式下，示波器按相等的时间间隔对信号采样以重建波形。此模式可对大部分波形产生最佳显示效果。

在峰值采样模式中，当水平时基设置较低时，将保留最小采样值和最大采样值，以捕获罕见事件和窄事件（在扩大任何噪声的前提下）。该模式将显示至少与采样周期一样宽的所有脉冲。峰值采样模式可用于更方便地查看毛刺或窄脉冲。在峰值采样模式中，窄毛刺和跳变沿比“正常”采样模式中显示得更亮，使它们更容易被看到。应用峰值采样方式可以避免信号的混淆，但也会显示更多的实际噪声。

使用平均采样模式可平均多个采集结果，以减少所显示信号中的随机或无关噪声。平均多个采样结果需要稳定的触发。平均的数目可在平均采样模式后的选择框内进行设定，平均数目越高，显示的波形对波形变化的响应就越慢。必须在波形对变化的响应速度与信号上所显示噪声的降低程度之间进行折衷。

使用包络采样模式可以看到数次采样到的波形的叠加效果，在指定的N个采样数据中捕获一个信号的最大值和最小值，可设置波形叠加次数，如下图为一个包络采样模式下波形叠加次数为32的调幅信号。

无论选择了哪种采样方式，都要记住保证采样率至少是被测信号带宽的2倍以上，事实上我们更建议是3-5倍以上，这样更容易捕获的波形的异常信息。

最后一件事值得注意的是，示波器的采样率同示波器的带宽不同，当你打开多通道的时候，采样率会被每个通道平均分配。因此如果你打开了多个通道，一定要再次确认下采样率是否依然满足条件。

在示波器的使用上到底该如何选择采样率呢?笔者一直强调的一个原则是：感兴趣的信号上升沿能采 样3-5 个点。上升沿能采样最少有3 个点， 达到5 个点就足够了， 采样更多的样本点意义也并不大。如表1  所示, 对于上升时间为1ns 的信号，如果上升沿采样5 个点，也就是每隔0.2ns 采样一个点，采样率需要5GS/s  以上， 表中可以看出当采样率为5GS/s 时和10GS/s 时， 测量上升时间的统计平均结果是一样的， 方差值都  是0.02ns 。

总之，判断采样率是否足够，首先还是要看您感兴趣的信号的细节的上升时间是多少。以感兴趣的上升时间除以5 得到采样周期，采样周期的倒数就是采样率。或者说是“5 除以上升时间”就得到要求的采样率。譬如对于开关电源中的MOS 管，虽然漏源极电压Vds 信号的上升时间整体可能是100ns，但Vds 的局部细节上升时间可能只有2ns，甚至更小，因此准确测量Vds 的采样率按2ns 来考虑就要2.5GS/s 的采样率。这只是举例，具体Vds 的采样率的选择，通常是先用最高的采样率进行采样，再逐渐降低采样率来进行比较，判断什么样的采样率是合适的。

　　选择示波器采样率取决于被测对象。在带宽满足的条件下,希看最小采样间隔(采样率的倒数)能够捕捉到您需要的信号细节。业界有些关于采样速率经验的公式,但基本上都是针对示波器带宽得出的,实际应用中,最好不用示波器测相同频率的信号。若在选型时,对正弦波选择示波器带宽应是被测正弦信号频率的3倍以上,采样率是带宽的4到5倍,也即实际上是信号的12到15倍;若是其它波形,要保证采样率足以捕捉信号细节。
　　若您正在使用示波器,可通过以下方法验证采样率是否够用:将波形停下来,放大波形,若发现波形有变化(如某些幅值)就说明采样率不够,否则无碍。另外也可用点显示来分析采样率是否够用。
　　答:当时被测对象是一种看上往很随机且高速变化的信号,用户将触发电平设在-13V左右。波形采集下来后想放大丈量细节时,却发现改变示波器时基(SEC/DIV)设置时,信号幅值忽然变小,我当时将示波器改成点显示,发现似乎是点数(存储深度)不够,但我比较点显示和矢量显示后,发现若矢量显示有一定可信性,那么就是当前的两个采样间隔(采样率的倒数)中信号有突变,但未能被采集到(采样间隔不够细,即采样率不够高)。我换了一台同样存储深度但采样率较高的示波器,发现题目消失了。
　　存储深度也会影响示波器能用到的实际最大采样率。存储深度太浅可能是个题目,由于存储深度可能限制能实际用到的最大采样速率,但实质上是采样率不够,丢失了信号细节。存储深度不够深,可能会导致实际采样率不高,这跟厂商提供的指标关系不大。

对捕获的波形进行局部放大，查看上升沿是否有五个以上的点。