圖4采樣過(guò)程

根據(jù)Nyquist定律，采樣率fs不得低于信號(hào)帶寬fBW的2倍，即fs≥fBW，才能保證信號(hào)在恢復(fù)時(shí)不發(fā)生混疊現(xiàn)象。一般來(lái)說(shuō)，采樣率是帶寬的4-5倍就可以比較準(zhǔn)備地再現(xiàn)波形。

采集周期由采集工作時(shí)間和死區(qū)時(shí)間構(gòu)成,如下圖5所示。在采集工作時(shí)間內(nèi)，示波器會(huì)獲取波形樣本點(diǎn)數(shù)量，然后將這些樣本點(diǎn)寫(xiě)入到采集存儲(chǔ)器。采集過(guò)程的死區(qū)時(shí)間由固定時(shí)間和可變時(shí)間組成。固定時(shí)間部分由各個(gè)儀器架構(gòu)所決定。而可變部分取決于信號(hào)處理所需要的時(shí)間，是波形樣本數(shù)量（記錄的長(zhǎng)度以及開(kāi)啟通道的數(shù)量）以及所選后處理功能數(shù)量(比如插值、數(shù)學(xué)函數(shù)、測(cè)量以及分析等)的函數(shù)。在死區(qū)時(shí)間的最后一個(gè)步驟中，圖形引擎會(huì)準(zhǔn)備好用于顯示的波形，之后示波器會(huì)重新啟動(dòng)觸發(fā)器開(kāi)始新一輪的采集。

圖5數(shù)字示波器采集與分析周期

采樣技術(shù)大體分為兩類(lèi)：實(shí)時(shí)采樣模式和等效采樣模式。

實(shí)時(shí)采樣（real-timesampling)模式使用固定的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣，適用于任何形式的信號(hào)波形，重復(fù)的或者不重復(fù)的，單次的或者連續(xù)的。觸發(fā)一次后，示波器對(duì)電壓進(jìn)行連續(xù)采樣，然后根據(jù)采樣點(diǎn)重建信號(hào)波形。它是捕捉單次信號(hào)及隱藏在重復(fù)信號(hào)中毛刺和異常信號(hào)的有效方法。

實(shí)時(shí)采樣的主要缺點(diǎn)是時(shí)間分辨率較差。每個(gè)樣點(diǎn)的采樣、量化、存儲(chǔ)必須在小于采樣間隔的時(shí)間內(nèi)完成。

圖6實(shí)時(shí)采樣

等效時(shí)間采樣（equivalent-timesampling--ETS)模式僅測(cè)量采樣瞬間波形的瞬時(shí)幅度，每次觸發(fā)僅對(duì)輸入信號(hào)采樣一次。其工作原理是對(duì)周期性波形多次觸發(fā)，多次采樣，把在信號(hào)的不同的周期采樣得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行重組，從而重建原始的信號(hào)波形。等樣時(shí)間采樣僅測(cè)量采樣瞬間波形的瞬時(shí)幅度。與實(shí)時(shí)示波器不同，等效時(shí)間采樣示波器的每次觸發(fā)只對(duì)輸入信號(hào)采樣一次。下次觸發(fā)示波器時(shí)，會(huì)增加一個(gè)小小的延遲然后進(jìn)行下一個(gè)采樣。預(yù)期的采樣數(shù)決定重新生成波形所需的周期數(shù)。

等效采樣包括順序等效采樣和隨機(jī)等效采樣兩種。兩者的區(qū)別在于隨機(jī)等效采樣不僅局限于在觸發(fā)點(diǎn)之后，還能在觸發(fā)點(diǎn)之前進(jìn)行采樣。