關(guān)于示波器的存儲(chǔ)深度

圖2 鼎陽(yáng)科技SDS3000的顯示界面

這個(gè)第一關(guān)系式被示波器廠商用很多美妙的比喻來強(qiáng)化。其中最經(jīng)典的一個(gè)比方和“蒙娜麗莎那迷人的微笑”有關(guān)：當(dāng)存儲(chǔ)深度太低的時(shí)候，也就相當(dāng)于數(shù)碼相機(jī)的像素太低，拍攝這個(gè)名畫的照片就無法生動(dòng)復(fù)現(xiàn)蒙娜麗莎那迷人的微笑，但是卻能夠逼真地拍攝出蒙娜麗莎那俏麗的鼻子，因?yàn)榕臄z迷人的微笑需要拍攝完整的面部，需要更高的像素，而鼻子只是局部，像素的要求并不高。

圖3的示意圖也清晰地演繹了這個(gè)關(guān)系式的重要性。第一個(gè)圖形表明在采樣率足夠的前提下觀察多個(gè)周期的樣本，需要的存儲(chǔ)深度深度很長(zhǎng)，圖示中需要36個(gè)采樣點(diǎn)。第二個(gè)圖形采樣率依然保持不變，但存儲(chǔ)深度變小，只有9個(gè)采樣點(diǎn)，因此只能采樣一個(gè)周期多點(diǎn)的波形。第三個(gè)波形仍然是存儲(chǔ)深度很小，只有9個(gè)采樣點(diǎn)，但仍然要采樣和第一個(gè)圖形一樣多個(gè)周期的波形，其結(jié)果是采樣率變小，測(cè)量得到的波形就會(huì)失真。

圖3 采樣率和存儲(chǔ)深度之間關(guān)系的演繹

　　
4，最大存儲(chǔ)深度，當(dāng)前設(shè)置的最大存儲(chǔ)深度，存儲(chǔ)深度的疊加使用，可顯示的存儲(chǔ)深度，可分析存儲(chǔ)深度，每臺(tái)示波器標(biāo)配的最大存儲(chǔ)深度和加了選件之后的最大存儲(chǔ)深度可能不一樣。 每臺(tái)示波器的最大存儲(chǔ)深度受到物理介質(zhì)限制。 已經(jīng)購(gòu)買的示波器最大存儲(chǔ)深度需要在菜單中設(shè)置。示波器廠商為了追求操作體驗(yàn)，出廠默認(rèn)的存儲(chǔ)深度往往并不是這臺(tái)示波器可達(dá)到的最大存儲(chǔ)深度。

一旦設(shè)置好當(dāng)前的最大存儲(chǔ)深度之后，調(diào)節(jié)水平時(shí)基，隨著采樣時(shí)間的增加，示波器的存儲(chǔ)深度會(huì)自動(dòng)增加，這個(gè)過程中采樣率保持不變; 存儲(chǔ)深度隨采樣時(shí)間增加到當(dāng)前設(shè)置的最大存儲(chǔ)深度后，如果繼續(xù)增加采樣時(shí)間，采樣率會(huì)自動(dòng)下降，存儲(chǔ)深度保持不變。但是，有些情況下，因?yàn)椴蓸勇屎筒蓸訒r(shí)間的步進(jìn)是在固定的若干個(gè)檔位下跳變，并不是連續(xù)細(xì)調(diào)的，兩者相乘不一定和最大存儲(chǔ)深度的數(shù)值相同，這時(shí)候示波器可能會(huì)自動(dòng)調(diào)整當(dāng)前的采樣率或存儲(chǔ)深度，使得它們?nèi)邼M足乘積關(guān)系。如圖4所示用具體數(shù)值演繹了這三者之間的乘積關(guān)系。

圖4 存儲(chǔ)深度、采樣率、采樣時(shí)間（水平時(shí)基）之間的關(guān)系

示波器多個(gè)通道同時(shí)工作時(shí),采樣率和存儲(chǔ)深度可以工作在疊加模式。多數(shù)示波器是2個(gè)通道疊加，也有的是4個(gè)通道疊加。如圖5所示表示兩個(gè)通道疊加使用的工作原理示意圖。通道1和通道2交替采樣，一個(gè)通道延遲1/2的采樣周期使得采樣率加倍，示波器在采樣過程中交替讀取存儲(chǔ)器中的采樣點(diǎn)，整體存儲(chǔ)深度也相應(yīng)加倍。因此，為了獲得最大的采樣率和存儲(chǔ)深度，在只使用兩個(gè)通道進(jìn)行測(cè)量時(shí)，對(duì)于兩兩疊加的模式，建議只打開1、2通道中的一個(gè)，3、4通道中的一個(gè)。

圖5 示波器兩個(gè)通道工作在疊加模式示意圖

現(xiàn)代示波器的存儲(chǔ)深度雖然很高，動(dòng)輒捕獲成千上萬個(gè)數(shù)據(jù)樣本，可是示波器的顯示屏在水平方向上的圖像分辨率往往只有1280個(gè)甚至更少的像素。示波器是如何將那么多的點(diǎn)擠在這么小的屏幕上顯示出來的呢? 顯示的壓縮算法解決了這個(gè)問題。壓縮算法將捕獲的大量數(shù)據(jù)樣本分成很多小段,每一段只抽取最大值和最大值的數(shù)據(jù)點(diǎn)顯示在屏幕上，如圖6所示，顯示屏幕上只顯示了捕獲的1K-1M數(shù)據(jù)樣本的770個(gè)樣本，最大值和最小值點(diǎn)成對(duì)地顯示在屏幕上。這種壓縮算法在顯示上加重了信號(hào)的峰峰值在視覺上的效應(yīng)，表現(xiàn)為波形看起來比展開之后的局部放大的沒有被壓縮的波形有更多的噪聲，波形軌跡顯得更粗。