示波器采樣率的正確設(shè)置方法

在電源紋波測試這類高精度測量場景中，示波器采樣率的設(shè)置直接影響紋波波形的還原精度。以下從基礎(chǔ)概念到實(shí)操方法，詳細(xì)解析如何正確設(shè)置示波器采樣率。

什么是示波器的采樣率

示波器的核心功能是將連續(xù)變化的模擬信號(hào)通過 AD 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化為離散的數(shù)字信號(hào)，這一過程稱為采樣。形象地說，采樣就像用無數(shù)個(gè)離散的點(diǎn)來描繪連續(xù)的信號(hào)波形，點(diǎn)的密度直接決定波形的還原度。

采樣率（又稱采樣速度或采樣頻率）是衡量這一過程的關(guān)鍵參數(shù)，它表示示波器在單位時(shí)間內(nèi)從連續(xù)信號(hào)中提取的采樣點(diǎn)數(shù)，單位為赫茲（Hz）。采樣率的倒數(shù)稱為采樣周期（或采樣時(shí)間間隔），即兩個(gè)相鄰采樣點(diǎn)之間的時(shí)間差。

采樣率不足的三大危害

采樣率的設(shè)置需遵循奈奎斯特采樣定理（香農(nóng)采樣定律）：若信號(hào)是帶限的，且采樣頻率高于信號(hào)最高頻率的 2 倍，就能從采樣點(diǎn)中完整重建原始信號(hào)；反之，高于或等于奈奎斯特頻率（信號(hào)最高頻率的 2 倍）的成分會(huì)引發(fā)混疊現(xiàn)象，導(dǎo)致測量失效。

在電源紋波測試中，采樣率不足的具體影響如下：

波形失真

當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)不足時(shí)，示波器無法捕捉紋波信號(hào)的細(xì)節(jié)特征（如毛刺的尖銳程度、波動(dòng)的周期性），導(dǎo)致還原的波形與真實(shí)信號(hào)存在偏差，失去參考價(jià)值。 

波形混疊

若采樣頻率低于紋波中最高頻率成分的 2 倍，高頻信號(hào)會(huì)被誤判為低頻信號(hào)，兩者的波形重疊后形成假信號(hào)。例如，紋波中的高頻噪聲可能被錯(cuò)誤顯示為低頻波動(dòng)，嚴(yán)重干擾對紋波幅值和頻率的判斷。

波形漏失

采樣率過低會(huì)導(dǎo)致采樣間隔增大，紋波中存在的窄脈沖（如開關(guān)電源產(chǎn)生的瞬時(shí)尖峰）可能恰好落在兩個(gè)采樣點(diǎn)之間，造成關(guān)鍵信號(hào)的漏檢。

測試中如何設(shè)置采樣率

示波器的采樣率與存儲(chǔ)深度、采樣時(shí)間的關(guān)系為：采樣率 = 存儲(chǔ)深度 / 采樣時(shí)間。根據(jù)調(diào)節(jié)方式不同，示波器分為 “采樣率可調(diào)” 和 “存儲(chǔ)深度可調(diào)” 兩種類型：前者可直接設(shè)置采樣率，示波器自動(dòng)匹配存儲(chǔ)深度；后者需先設(shè)定存儲(chǔ)深度，再由示波器根據(jù)采樣時(shí)間計(jì)算最大采樣率（相關(guān)設(shè)置菜單通常位于 “水平” 或 “采集” 選項(xiàng)中）。

具體設(shè)置方法如下：

針對周期信號(hào)的快速設(shè)置

若測試的電源紋波為周期性信號(hào)（如開關(guān)電源的周期性波動(dòng)），可直接使用示波器的AUTOSET 功能，設(shè)備會(huì)根據(jù)信號(hào)特征自動(dòng)配置采樣率、時(shí)基等參數(shù)，快速獲得基礎(chǔ)波形。

已知信號(hào)頻率時(shí)的精準(zhǔn)設(shè)置

若已知紋波中最高頻率成分（如開關(guān)頻率的諧波），需確保采樣率至少為該頻率的 2 倍（遵循奈奎斯特定理）。操作步驟：

先通過調(diào)節(jié)水平時(shí)基確定采樣時(shí)間（建議覆蓋至少 10 個(gè)信號(hào)周期，保證波形完整性）；

逐步增大存儲(chǔ)深度，直至采樣率滿足需求（存儲(chǔ)深度越高，相同采樣時(shí)間內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)越多，波形細(xì)節(jié)越豐富）。

示例對比

當(dāng)采集 25MHz 正弦信號(hào)時(shí)，使用 2G 采樣率可完整還原波形的平滑曲線和峰值特征；

若采樣率降至 10M（遠(yuǎn)低于 25MHz 的 2 倍），波形會(huì)出現(xiàn)明顯混疊，呈現(xiàn)虛假的低頻波動(dòng)。

總結(jié)

正確設(shè)置采樣率需結(jié)合信號(hào)頻率（尤其是最高頻率成分）、測試需求（如是否需捕捉高頻毛刺）和設(shè)備性能（存儲(chǔ)深度上限）。在電源紋波測試中，建議優(yōu)先保證采樣率不低于紋波最高頻率的 5 倍（預(yù)留安全余量），同時(shí)通過合理配置存儲(chǔ)深度和采樣時(shí)間，平衡波形細(xì)節(jié)與測量效率。