示波器（逻辑分析仪中）的采样频率，存储深度，和带宽
示波器（逻辑分析仪中）的采样频率，存储深度，和带宽
示波器是电子工程师的重要工具，其性能直接影响信号采集的质量。本文将深入探讨示波器中三个核心参数：采样频率、存储深度和带宽，帮助读者理解这些参数对信号采集的影响及其相互关系。
1：采样频率（Sample Rate）
采样频率指的是单位时间内采集数据的个数。在了解采样频率之前，需要先了解示波器或逻辑分析仪采集数据的原理。示波器通过在等间隔的时间内对波形进行电压（或电流）的读取，得到一系列等间隔的连续数据，然后通过对采集的数据进行微分运算，最终得到一个完整的波形。
让我们通过一个余弦波形的例子来说明采样频率的重要性。假设在一个周期内采样四次，得到的采样后波形会严重失真：
当采样率增大时，得到的波形就会更加接近真实波形：
虽然采样率越高，采集的波形越准确，但高采样率也带来了存储和处理的挑战。因此，在实际应用中需要平衡采样率和存储深度的关系。
采样率的单位是Sa/s（样本每秒）。
2：存储深度
示波器在工作时，是在截取一段一段的波形，然后放在显示屏上给我们看的。需要将采集到的离散数值，存储到内存区，方便计算和处理。这块内存区的容量就是存储深度。这块内存区的容量是有限的而且是一个固定值。
存储深度与采样率一起，影响着另一个重要的测量参数：能够采集的时间 = 存储深度 / 采样时间。例如，在上图的配置下，能够采集的时间仅为2.5μs，每隔2.5μs采集的数据就会被覆盖，这显然不是我们所需要的。
此时我们有两种方案：
- 增大存储深度
- 减小采样频率
存储深度的单位是pts（点）。
2.1 存储深度、采样率和时基之间的关系
存储深度、采样率和时基之间存在密切的关系。存储深度决定了可以存储的数据点数量，采样率决定了单位时间内采集的数据点数量，而时基则决定了每个数据点的时间间隔。这三个参数共同决定了示波器能够采集和显示的波形范围和细节。
3：带宽的选择
3.1 什么叫做带宽
带宽指的是示波器能够采集到的不失真的波形的最大频率值。示波器探头和示波器构成了低通滤波器，如下图所示，这意味着每一个示波器都有一个阈值参数（单位频率）。0-阈值参数（单位频率）内的频率波形可以通过，而高于此频率的波形则无法通过。
假设示波器的带宽为500MHz，当我们输入600MHz的正弦信号时，实际采样的信号就会发生衰减。
3.2 傅里叶变换
傅里叶变换表明，任何图像都可以分解为一组具有不同频率和相位的正弦波的线性组合。反向理解则是：合适数量、具有不同频率和相位的正弦波，可以组合成所需的波形。
这是一个1Hz的正弦波：
给它叠加一个3Hz的正弦波：
再给它叠加一个5Hz的正弦波：
叠加1000次后：
变成了矩形波：
3.3 示波器带宽的定义
当频率高到某一特定值时，幅值将衰减为原来的0.707倍。这个特定的频率就是示波器的带宽。例如，一个示波器的带宽为100MHz。如果输入一个f = 100MHz、幅值为1V的正弦信号，那么示波器显示出来的波形就只有0.707V了。
3.4 带宽该如何选择
结合傅里叶变换的解释，假如我们在合成方波时，使用了将近一半高于500MHz的正弦波，而示波器本身带宽就只有500MHz。那么此时高于500MHz的合成波形，将会失真。导致方波测量也会出现失真。
重点注意：示波器的带宽，是以正弦波为基础波形，进行测量和定义的，还是以上面例子为例
合成的方波，频率为10MHz,绝对不能认为只用10MHz带宽的示波器就够用了。
实际应用中，我们不可能对所有波形进行傅里叶变换，所以日常使用中，只需要采取以下“测量任何波形,只要以此波形频率为基础，查看示波器带宽是否是被测波形频率的5倍--10 倍即可”