記憶示波（bō）器的存儲深度和垂直（zhí）分辨率如何影響波形觀察？

記憶示波器的存儲深度和垂直分辨率是影響波形觀察質量的核心參數，二者分別從時間維度和幅度維度決定信（xìn）號的還原（yuán）能力。以下從（cóng）定義、影響機（jī）製及選擇原則三方麵展開說明：

一、存儲深度對波形觀察的影響

1. 存儲深度的定義

• 定義：示波器單次采（cǎi）集能（néng）存儲的采樣點數量（單位：pts，points）。
• 物理意義：存（cún）儲深度決定了示波器在固定采樣率下可記錄的（de）信號時長（zhǎng）。

2. 存儲深度不足的影響

• 時間分辨率下降（jiàng）：
  • 存儲深度固定（dìng）時，提高采樣率會縮短單次采集時間，導致信號片段化。
  • 示（shì）例：1 Mpts存儲（chǔ）深（shēn）度下，1 GSa/s采樣率僅能（néng）記錄1 ms信號，若需觀察10 ms信號（hào），需降低采樣率至（zhì）100 MSa/s。
• 關（guān）鍵信息（xī）丟失：
  • 無（wú）法捕捉長周（zhōu）期信號中的異（yì）常事（shì）件（如毛刺、間歇性幹擾（rǎo））。
  • 示例（lì）：在電源紋波分析中，存（cún）儲深（shēn）度不足可（kě）能導（dǎo）致無法定位（wèi）低頻周期性幹擾。

3. 存儲深度對波（bō）形的具體影響

• 高存儲深度優勢：
  • 長時序分析：可記錄完整信號周期，便於觀察時序關係（如協議解碼（mǎ））。
  • 高采樣（yàng）率支持（chí）：在保持高時間（jiān）分辨率的同時延長采集時間。
  • 觸發後觀察：允許用戶在觸發事件前後記錄更多數據，便於分析事件前因後果。
• 低存儲深度限製：
  • 需在采樣（yàng）率和采集時間（jiān）之（zhī）間妥協，導致波形細節或時（shí）間跨度受損。

二、垂直分辨率對波形觀察的影響

1. 垂直分辨率（lǜ）的定義

• 定義：示波（bō）器ADC（模數轉換器）的位數（shù），決定幅度量化的精細程度。
• 物理意義：垂直（zhí）分辨率越高，信號幅度的量（liàng）化（huà）誤差越小。

2. 垂直分辨率（lǜ）不足的影響

• 量化噪聲增加：
  • 低分辨率導致信號幅（fú）度（dù）被粗（cū）略量化，產生階梯（tī）狀波形，掩蓋真實信號細節。
  • 示例：8位ADC（256級量化）的量（liàng）化誤差為滿量程的0.39%，而12位ADC（4096級量化）的誤差僅為（wéi）0.024%。
• 微弱（ruò）信號失真：
  • 低分（fèn）辨率下（xià），小（xiǎo）信號可能被噪聲淹（yān）沒，導（dǎo）致幅值測量不準確。
  • 示例：在音頻信號分析中，8位分辨率可能（néng）無（wú）法區（qū）分1 mV的信號變化。

3. 垂直分辨（biàn）率（lǜ）對波形的具體影響

• 高（gāo）垂直分辨率優勢：
  • 細節還原：準確顯示信號的微小變化（如紋波、噪聲）。
  • 動態範圍提升：同時觀察大信號和小信號（如電源紋波疊加開關噪聲）。
  • 低電平信號分析：避免量化（huà）誤差導致的信號失真。
• 低垂直分辨率限製：
  • 信號呈現階梯狀，波形平滑度下降，影響幅度、頻率等參數的測量精度。

三（sān）、存儲深度與垂直分辨率的協同作用

1. 存儲深度與時（shí）間（jiān）分辨率的平衡（héng）

• 公式：

• 示例：
  • 1 Mpts存儲深度（dù）下，100 MSa/s采樣率可記（jì）錄10 ms信（xìn）號，而（ér）1 GSa/s僅記錄1 ms。
  • 高存儲深度允許在保持高采樣率的同時延長采集時間，避免關鍵信息丟失。

2. 垂（chuí）直分（fèn）辨率與信號細節的關聯

• 量化誤差公式：

其（qí）中 $N$ 為ADC位（wèi）數。

• 示例：
  • 12位ADC的量化誤差是8位ADC的1/16，顯著提（tí）升小信號（hào）測量精度。

3. 典型應用場景對比（bǐ）

四、選擇建議

1. 存儲深度選擇
   • 長時序分析：優先選擇高存儲深度（如10 Mpts以上）。
   • 高頻信號分析：在保證（zhèng）采樣率的前提下，選擇足夠存儲深度（dù）以（yǐ）記錄完整信號（hào）周期。
   • 觸發後觀察（chá）：選擇可擴展存儲深度的示波（bō）器，便於捕捉觸發（fā）前後信號。
2. 垂直分辨率選擇
   • 微弱信號分析：優（yōu）先（xiān）選擇12位以上垂直分辨率。
   • 大動態範圍信號（hào）：選擇高分辨率以避免信號截斷或（huò）飽和。
   • 成本與（yǔ）性能平衡：8位分辨率適用於一般（bān）應用，12位及以（yǐ）上適用於高精度需求。
3. 綜合權（quán）衡
   • 存儲深度與采樣率的平衡：根據信號特性調整采樣率，確保存儲深度足夠記錄關鍵信息。
   • 垂直分辨率與ADC性能的匹配：高分辨率需配合低噪聲前端電路，避免噪聲淹（yān）沒（méi）信號。

五、總結

• 存儲深度決定了示波器在時間維度上的觀察能力，影響信號的完整性和時間（jiān）分辨率。
• 垂直分辨率決定了示波器在幅度維度上的觀察（chá）能力，影響（xiǎng）信號的細節還原和測量精度。
• 選擇原則：根據信號特性（頻（pín）率、幅度、動態範圍）和測量需（xū）求（時序分析、細節觀察）綜合選擇存儲深度和垂直分辨率，避免單一參（cān）數的過度優化。

通（tōng）過（guò）合理配置存儲深度和垂直分辨率，可確保示波器對信號的全麵、精準分析，避免因參數不足導致的測量誤差。