示波器的三大核心参数：带宽、采样率与存储深度

示波器是工程师常用的测试仪器，用于观察和分析电信号的波形。为了准确捕捉和显示信号，示波器的性能主要由三个核心参数决定：带宽、采样率和存储深度。理解这些参数的含义及其相互关系，对于正确选择和使用示波器至关重要。

1. 带宽：决定示波器的频率测量范围

带宽是示波器最重要的参数之一，它决定了示波器能够准确测量信号的频率范围。具体来说，带宽表示示波器在输入信号频率范围内，能够准确捕获和显示信号的最高频率。带宽的定义是基于信号幅度的衰减：当信号频率达到示波器的带宽时，信号的幅度会衰减不超过3 dB（即信号幅度衰减至原始幅度的约70.7%）。例如，一个100MHz带宽的示波器在测量100MHz的正弦波时，实际测得的信号幅度不会低于真实信号幅度的0.707倍。如果信号的频率超过示波器的带宽，示波器将无法准确反映该频率成分的波形，信号会被过度衰减和失真。因此，选择示波器时，带宽应至少与被测信号的最高频率相匹配。例如，如果你需要测量一个包含100MHz高频成分的信号，那么你需要一个至少100MHz带宽的示波器。

我们用20M、60M、100M带宽的示波器分别观察20M的方波信号

20M示波器

60M示波器

100M示波器

2. 采样率：决定波形细节的捕捉能力

采样率是指示波器每秒钟对输入信号采集的样本数，单位为样本每秒（Sa/s）。采样率决定了示波器捕捉波形细节的能力。根据奈奎斯特采样定理，示波器的采样率至少应是被测信号最高频率的两倍，才能准确重构信号。如果采样率不足，可能会产生混叠现象，导致示波器无法正确显示信号的频率特征。

例如，1GSa/s的采样率表示示波器每秒可以采集10亿个样本。对于高频信号或瞬态事件，更高的采样率可以捕捉更多的信号细节。通常，示波器的采样率应至少是其带宽的2~5倍，以确保信号的准确重构。例如，一个100MHz带宽的示波器，采样率至少应为200MSa/s，但为了获得更好的波形细节，建议选择500MSa/s或更高的采样率。

3. 存储深度：决定信号记录的时间长度

存储深度是指示波器在一次采样过程中能够存储的样本数量，通常以字节或点数（Points）为单位。例如，10Mpts表示示波器可以存储1000万个采样点。存储深度决定了示波器在给定采样率下能够捕获的时间长度。存储深度越大，示波器可以在高采样率下记录的波形越长。

当存储深度不足时，示波器在长时间采样时可能会降低采样率，从而影响波形细节的精确捕捉。例如，如果示波器的存储深度为2.5Kpts，采样率为1GSa/s，那么它最多只能存储2.5K个数据点。根据公式“采集时间=存储深度/采样率”，2.5K/1GSa/s=2.5μs，这意味着示波器只能在2.5微秒内以1GSa/s的采样率进行采样。如果信号持续时间超过2.5微秒，示波器将不得不降低采样率，从而丢失部分波形细节。

4. 带宽、采样率与存储深度的关系

带宽、采样率和存储深度是示波器的三大核心参数，它们共同决定了示波器的性能。带宽决定了示波器能够准确测量的信号频率范围；采样率决定了示波器在该频率范围内能够以多高的精度采集信号；存储深度则决定了示波器能够记录信号的时长。在实际应用中，这三个参数需要综合考虑。例如，如果你需要测量一个高频信号，首先需要选择足够高的带宽；其次，为了准确捕捉信号细节，采样率应至少是信号最高频率的两倍；最后，为了记录较长时间的信号，存储深度也需要足够大，以确保在高采样率下能够捕获完整的波形。