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)概念到實操方法，詳細解析如何正確設(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)變化的模擬信號通過 AD 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化為離散的數(shù)字信號，這一過程稱為采樣。形象地說，采樣就像用無數(shù)個離散的點來描繪連續(xù)的信號波形，點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間內(nèi)從連續(xù)信號中提取的采樣點數(shù)，單位為赫茲（Hz）。采樣率的倒數(shù)稱為采樣周期（或采樣時間間隔），即兩個相鄰采樣點之間的時間差。

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）：若信號是帶限的，且采樣頻率高于信號最高頻率的 2 倍，就能從采樣點中完整重建原始信號；反之，高于或等于奈奎斯特頻率（信號最高頻率的 2 倍）的成分會引發(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)采樣點數(shù)不足時，示波器無法捕捉紋波信號的細節(jié)特征（如毛刺的尖銳程度、波動的周期性），導(dǎo)致還原的波形與真實信號存在偏差，失去參考價值。 

波形混疊

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

波形漏失

采樣率過低會導(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)生的瞬時尖峰）可能恰好落在兩個采樣點之間，造成關(guān)鍵信號的漏檢。

測試中如何設(shè)置采樣率

示波器的采樣率與存儲深度、采樣時間的關(guān)系為：采樣率 = 存儲深度 / 采樣時間。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，示波器自動匹配存儲深度；后者需先設(shè)定存儲深度，再由示波器根據(jù)采樣時間計算最大采樣率（相關(guān)設(shè)置菜單通常位于 “水平” 或 “采集” 選項中）。

具體設(shè)置方法如下：

針對周期信號的快速設(shè)置

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

已知信號頻率時的精準(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)水平時基確定采樣時間（建議覆蓋至少 10 個信號周期，保證波形完整性）；

逐步增大存儲深度，直至采樣率滿足需求（存儲深度越高，相同采樣時間內(nèi)的采樣點數(shù)越多，波形細節(jié)越豐富）。

示例對比

當(dāng)采集 25MHz 正弦信號時，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（遠低于 25MHz 的 2 倍），波形會出現(xiàn)明顯混疊，呈現(xiàn)虛假的低頻波動。

總結(jié)

正確設(shè)置采樣率需結(jié)合信號頻率（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），同時通過合理配置存儲深度和采樣時間，平衡波形細節(jié)與測量效率。