示波器那些事儿--之采样率

采样率（Sampling Rate）顾名思义就是“采样的速率”，就是单位时间内将模拟电平转换成离散的采样点的速率。采样过程反映了数字示波器的本质：将模拟信号离散为一个一个的采样点。
数字示波器区别于模拟示波器的一个最大不同是将模拟信号进行离散化。在数字世界里，永远只有0和1。如何将那些各种不同形状的模拟信号转换成为0和1呢？采样保持电路根据采样时钟将连续的模拟信号“等时间间隔的”、“实时的”转换为离散的电平，离散的电平再经过模数转换器（ADC）转换为一系列的0和1。对于8位ADC来说，8个连续的0和1组成一个采样点，代表了一个电平值，示波器将这些离散的采样点直接显示或将点和点通过某种方式相连显示为示波器屏幕上的波形。

离散的采样点之间的间隔就是采样周期，采样周期的倒数就是采样率，例如，采样率2GSa/s就表示两个采样点之间的间隔为1ns。在“点显示”方式和“线性插值”模式下，将示波器屏幕上的波形展开，有些示波器能看出屏幕上等时间间隔的采样点，打开示波器光标可以测量出两个点之间的间隔即为采样周期。

某些示波器可以选择采样方法：“实时采样（real-time sampling）”或“等效时间采样（effective time sampling）”。
实时采样特别适合频率范围不到示波器最大采样率（备注：在示波器的面板上通常都会有标识采样率，该采样率就是指这台示波器可以工作到的最高采样率。但是，实际上示波器的“当前采样率”由于受到存储深度的限制，随着示波器采集时间的增加，采样率会被强迫地自动下降，通常可能小于最高采样率。）一半的信号，这里示波器可以在波形一次“扫描”中，采集超过足够量的点，构建准确的画面，实时采样是使用示波器捕获快速、单次、瞬态信号的唯一方式。

等效时间采样基于这样一个事实，那就是大多数自然发生的事件和人为事件都是重复的。等效时间采样从每次重复中捕获少量信息，构建重复的信号画面。波形像一串灯，一直慢慢汇聚，一个接一个的亮起。这允许示波器准确地捕获其频率成份远远高于示波器采样率的信号。

等效时间采样方法有两种：“随机等效采样模式”和“顺序等效采样模式”。两种方式各有优点，随机等效采样模式允许显示触发点前面的输入信号，而不使用延迟线路。顺序等效采样模式提供的时间分辨率和精度则要高得多。这两种方法都要求输入信号是重复的。

要确保过采样，而不要欠采样。欠采样时示波器不能真实的还原原始波形，表现为波形局部细节丢失、失真等现象。

采样率严重不够会导致混叠，信号本来是左图中黑线表示的正弦波，测量到的信号也仍然是正弦波，但频率发生了改变。

那么在示波器的使用上，到底该如何选择采样率呢？一个原则就是：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，也就是每间隔0.2ns采样一个点，采样率需要5GSa/s以上，表中可以看出当采样率为5GSa/s和10GSa/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。