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2021年08月17日 | 示波器指标参数
2021-08-17 来源：eefocus
带宽、采样率、存储深度是示波器的三大关键指标。
一、带宽
带宽是示波器最核心的参数，也是档次级的一个参数。简单的定义是：示波器测得正弦波的幅度不低于真实正弦波信号3dB 的幅度时的最高频率。
如图1，是 一个理想的示波器带宽和幅度测量误差的曲线图。从图1可以看出，当被测正弦波的频率等于示波器的带宽(示波器的放大器的响应是一阶高斯型)时，幅度测量误差大约30%。如果想测量正弦波的幅度误差只有3%，被测正弦波的频率要比示波器的带宽要低很多(大约是示波器的带宽的0.3倍)。由于大多数信号是比正弦波复杂的多，使用示波器测量信号的通用法则是（5倍法则）:示波器的带宽是被测信号的频率的5倍，即示波器必须至少能够捕获五次谐波才能避免画面失真。如入门级的示波器带宽一般是100Mhz，它们可以准确地测量 20MHz 以内的正弦波信号。
二、通道数
根据需求，一般示波器有双通道和四通道两种。对于总线测试，一般通道数要求较多，可采用工控机加信号采集板卡实现。通道参数主要涉及成本问题，通道数增加势必带来成本提升。
三、刷新频率
波形刷新率是示波器的一项重要指标，它和采样率一起直接体现了示波器抓取波形细节的能力，如果刷新频率慢，会导致捕获低概率异常信号的能力差。目前市场上主流示波器均超过10000wfms/s（典型值）。示波器每次采集的模式如下图2所示。
采集一次波形的时间分为两个部分。前面的时间为采样时间，受采样率和存储深度的影响；后面的时间为死区时间，用于处理器计算波形数据、显示、测量等等。两个部分共同决定了刷新率，所以对于长存储示波器必然比短存储示波器的刷新率要低，也说明了为了追求高刷新率，RUN时候的存储深度变低。
当波形落在采样时间里时，示波器可以在合适的设置下触发到边沿，也就是我们平时看到的稳定触发，如果波形落在采样时间内，则示波器无法显示。所以考虑采用两个脉冲的方式，观察示波器触发来计算刷新率。
如上图3所示，当两个脉冲同时显示在一个采样时间内时，示波器可以在第一个上升沿稳定触发，第二个边沿同样被采集到，可能显示在屏幕上，也可能显示在屏幕外。
当第二个脉冲延迟到死区时，示波器同样可以在第一个上升沿稳定触发，第二个边沿没有被采集到，用户将始终观察不到这个信号。
当第二个脉冲延迟到第二个采样周期后，示波器将即可以在第一个上升沿触发，也可以在第二个上升沿触发，会在示波器的屏幕上两个波形，且都在触发位置，通过调整脉冲延时时间直到恰好能够同时触发两个信号可以估算出一个完整采样周期花费的时间，从而估算出刷新率。
通过以上分析，示波器的刷新率初略估算方法如下：需要一个周期足够长，脉宽特别短的信号作为测试信号。将通道一设置为脉冲单次Burst，由于脉冲延时受信号周期的限制，所以将信号的周期设置为5ms（意思是默认测试的机器刷新率超过200wfms/s），幅度1Vpp，脉宽设置为5us。将通道二同样设置为脉冲单词Burst，周期为5ms，幅度1Vpp，为了便于观察将脉宽设置为15us。将示波器的模式设置为“Normal”。将信号源的两路信号同时接到示波器的一个输入端。手动触发信号源调整信号源的脉冲延时，直至示波器可以在同一次中触发两个沿。此时记录下脉冲延时，其倒数就是大致的当前档位的波形刷新率。
四、存储深度和采样率
存储深度表示示波器在最高实时采样率下连续采集并存储采样点的能力，通常用采样点数（pts）表示。最大存储深度由示波器的存储器容量决定，增加存储深度可通过外部存储器实现，存储深度越深越利于观察波形细节。提高示波器的存储深度可以间接提高示波器的采样率：当要测量较长时间的波形时，由于存储深度是固定的，所以只能降低采样率来达到，但这样势必造成波形质量的下降；如果增大存储深度，则可以以更高的采样率来测量，以获取不失真的波形。
通用示波器的采样率都是带宽的5倍，比如 200MHz 带宽的示波器一般的采样率都是 1G（此时更高的采样率并不能带来较大提升），因此这个参数并没有给用户太多的选择。而相反这样高的采样率，势必会对存储深度这个参数有所要求，1G 的采样率，即使只看 5ms 波形，也要求有 5M 的存储深度，否则示波器的采样率就会下降。
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