一文吃透示波器带宽，采集和储存深度

1. 带宽选择

• 定义：示波器带宽指输入正弦波信号衰减到实际幅度的70.7%（-3dB）时的频率值，决定示波器能准确测量的最高信号频率。

-3dB也叫半功率点或者截止频率点，该点的功率正好为总功率的一半

• 选择原则：
  • 对于正弦波信号，带宽应至少为信号最高频率的2倍，但为更准确测量，建议≥5倍。
  • 对于方波、时钟信号或含快速边沿的信号，因包含高频谐波，带宽需≥10倍信号基频。
  • 若信号上升时间为trtr​，可用公式BW≈0.35/tr​估算所需带宽，确保示波器上升时间小于信号上升时间的1/5。

示波器的带宽要选择信号频率的3倍以上，这样才能准确地捕捉到信号的变化，选择合适带宽的示波器进行测量，带宽过低，会导致信号失真或无法清晰显示；

2. 采样率选择

• 定义：示波器采样率指单位时间内示波器对输入信号进行采样的次数，单位为样点/秒（Sa/s），常见单位有MSa/s（百万样点/秒）、GSa/s（十亿样点/秒）。
• 作用：采样率决定了示波器对信号波形的还原精度。采样率越高，采集的样点越密集，波形细节越清晰，能更准确地反映信号的真实形态，包括上升沿、下降沿、毛刺等特征。
• 选择原则：
  • 根据奈奎斯特定理，采样率需大于信号最高频率的2倍，但实际工程中，为准确还原波形，建议采样率≥2.5倍带宽。
  1. 蓝点：实际采样点
  2. 蓝线：基于采样点重建
  3. 采样率≥2×信号频率
  4. 虚线：原始模拟信号
  5. 实线：采样后重建信号
  6. 圆点：采样时刻的数据点
  • 对于方波、快边沿信号或需捕捉毛刺、瞬态事件的情况，采样率应≥5倍带宽，甚至更高（如8-10倍）。
  • 若需长时间观测，需平衡采样率与存储深度，避免因存储限制导致采样率降低。

采样率和带宽通常是成正比的。比如带宽较高的示波器，往往也会有较高的采样率。不过高采样率并不一定意味着更好，需要根据实际应用场景来选择。一般来说，采样率应是信号频率的10倍以上。

3. 存储深度选择

• 定义：存储深度指示波器在一次触发采集过程中，能够存储的采样点数量，单位通常是“点”（pts），如千点（kpts）、百万点（Mpts）等。
• 作用：允许在较高采样率下捕获更长时间的信号，既能观察信号的整体趋势，又能保留细节，适用于低频信号、复杂调制信号或需要长时间监测的场景（如电源启动过程、间歇性故障分析）
• 核心关系：

存储深度与采样率、捕获时间存在铁三角关系：

• 选择原则：
  • 根据公式存储深度=采样率×捕获时间存储深度=采样率×捕获时间，确定所需存储深度。例如，若需以100MS/s采样率捕获10ms信号，需存储深度≥1Mpts。
  • 若需长时间观测低频信号或捕获偶发异常，需选择大存储深度（如1Mpts以上），以确保在高采样率下能完整记录信号。
  • 若存储深度有限，需通过降低采样率或缩短捕获时间来适应，但可能影响波形细节。

4. 示波器带宽，采样率，存储深度关系

示波器的性能由带宽，采样率，存储深度共同决定，三者相互配合、缺一不可的。

• 带宽是基础：没有足够的带宽，采样率再高，也无法捕捉到高频信号，相当于“眼睛看不清高频的东西，再快的抓拍速度也没用”；
• 采样率是细节：有了足够的带宽，还需要足够的采样率，才能还原信号的真实细节，相当于“眼睛能看清高频，还要抓拍够快，才能看清细节”；
• 存储深度是保障：有了带宽和采样率，还需要足够的存储深度，才能记录足够长时间的信号，相当于“眼睛能看清、抓拍够快，还要有足够大的内存，才能记录完整的过程”。

示波器带宽，采样率，存储深度选择可总结如下：

• 带宽定义在-3dB点（幅度衰减70.7%），是示波器频率响应的临界值。
• 采样率至少是带宽的2.5倍，实际应用建议2.5-4倍，以获得清晰波形。
• 选择示波器时，带宽应为信号频率的3-5倍，探头带宽需匹配示波器带宽