DSO（數字示波器）與模擬示波器相比有很多優勢，但正如他們所說
，“世上沒有的午餐。” 數字示波器對波形進行采樣
、數字化和存儲，讓您可以測量、分析和存檔信號。但是，抽樣過程帶來了一些問題，如“包袱”。

混疊（本頁）
、同步采樣（第 2 頁）和插值器（第 3 頁）錯誤可能會導致您誤解測量結果
，除非您了解這些問題。正如您所料，大多數 DSO 製造商不會花很多時間談論負麵問題
，因此了解它們是一種發現體驗。讓我們檢查這些問題並討論如何檢測並希望解決這些問題。

混疊 支配 

所suo有you數shu字zi儀yi器qi和he係xi統tong的de采cai樣yang定ding理li要yao求qiu信xin號hao的de采cai樣yang率lv大da於yu信xin號hao中zhong包bao含han的de頻pin率lv的de兩liang倍bei。如ru果guo信xin號hao被bei正zheng確que采cai樣yang，則ze示shi波bo器qi可ke以yi從cong樣yang本ben中zhong重zhong建jian它ta而er不bu會hui丟diu失shi信xin息xi。欠qian采cai樣yang，或huo采cai樣yang頻pin率lv低di於yu頻pin率lv分fen量liang的de兩liang倍bei
，會hui導dao致zhi恢hui複fu信xin號hao的de分fen量liang頻pin率lv低di於yu原yuan始shi信xin號hao，這zhe種zhong不bu需xu要yao的de信xin號hao稱cheng為wei混hun疊die。采cai樣yang率lv的de一yi半ban稱cheng為wei奈nai奎kui斯si特te頻pin率lv，它ta標biao誌zhi著zhe在zai該gai采cai樣yang率lv下xia可ke以yi數shu字zi化hua的de頻pin率lv。

圖 1 提供了一個混疊示例。左上方網格中的波形是一個 400 MHz 正弦波，采樣速率為 1 (GSamples/s。每個周期有 2? 個(ge)樣(yang)本(ben)

，如(ru)左(zuo)側(ce)頂(ding)部(bu)第(di)二(er)個(ge)網(wang)格(ge)中(zhong)顯(xian)示(shi)的(de)水(shui)平(ping)擴(kuo)展(zhan)縮(suo)放(fang)軌(gui)跡(ji)所(suo)示(shi)。請(qing)注(zhu)意(yi)，這(zhe)是(shi)沒(mei)有(you)插(cha)值(zhi)的(de)原(yuan)始(shi)采(cai)樣(yang)數(shu)據(ju)。在(zai)左(zuo)側(ce)從(cong)頂(ding)部(bu)數(shu)第(di)三(san)個(ge)軌(gui)跡(ji)中(zhong)應(ying)用(yong)了(le) sin(x)/x 插值。這是大多數 DSO 將顯示的內容
，因為這是它們的默認顯示插值器。

圖 1. 當一個 400 MHz 信號被欠采樣時

，它會失去信號保真度並且會出現混疊。

左側底部跡線是輸入信號的 FFT（快速傅立葉變換），顯示信號的頻譜或頻域視圖。正如該信號所預期的那樣

，它在 400 MHz 處顯示了一個頻譜峰值。

右上方網格中的波形是相同的 400 MHz 正弦波，采樣率為 500 Msamples/s。采樣率低於信號頻率的兩倍並且信號混疊。右側從上數第二個網格是混疊跡線的縮放視圖。請注意，信號頻率較低。在本例中為 100 MHz。下一條較低的跡線是應用了插值的混疊信號。混疊跡線的 FFT 在 100 MHz 處有一個頻率峰值。請注意，FFT 跡線在 250 MHz 處被截斷

，這是 500 MS/s 采樣率的奈奎斯特頻率。

因為圖 1 shifeidonghuatuxing，suoyihundieboxingkanqilaijuyouwendingdechufa
，danshijishangbingfeiruci。chufadianpingshezhiweilingfu
，zhengxielvhewuhundieboxingxianshizhengquedechufadianping。hundieboxingjinjuyoufeihundieboxingdemeigeyigeyangbendian，bingqiehuizaiyuchufadianxianglindeyangbenzhijiantiaoyue。zhehuidaozhijuyoushuiping“抖動”的跡線。

研(yan)究(jiu)混(hun)疊(die)的(de)方(fang)法(fa)可(ke)能(neng)是(shi)在(zai)頻(pin)域(yu)中(zhong)查(zha)看(kan)它(ta)。采(cai)樣(yang)類(lei)似(si)於(yu)模(mo)擬(ni)混(hun)音(yin)過(guo)程(cheng)。它(ta)本(ben)質(zhi)上(shang)是(shi)將(jiang)采(cai)樣(yang)波(bo)形(xing)乘(cheng)以(yi)采(cai)樣(yang)時(shi)鍾(zhong)，采(cai)樣(yang)時(shi)鍾(zhong)通(tong)常(chang)是(shi)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)窄(zhai)的(de)脈(mai)衝(chong)。采(cai)樣(yang)時(shi)鍾(zhong)富(fu)含(han)諧(xie)波(bo)。采(cai)樣(yang)/混頻過程產生的頻率分量包括被采樣的原始基帶信號
、采樣時鍾及其所有諧波，以及采樣信號關於每個采樣時鍾諧波的下邊帶圖像和上邊帶圖像，如圖2的上視圖所示。

圖 2. 在頻域中查看的采樣過程顯示了正確采樣和混疊采樣。

基帶信號分量近似於典型 DSO 的頻率響應。帶寬通常在響應的“拐點”處指定
，並在帶寬限製以上快速衰減“滾降”響應。由於在示波器帶寬之上可能存在頻譜分量，因此大多數製造商以帶寬的 2.5 倍或更大的頻率進行采樣，以防止該區域出現混疊分量。

降(jiang)低(di)采(cai)樣(yang)率(lv)會(hui)將(jiang)頻(pin)譜(pu)的(de)采(cai)樣(yang)頻(pin)率(lv)分(fen)量(liang)及(ji)其(qi)所(suo)有(you)諧(xie)波(bo)移(yi)動(dong)到(dao)頻(pin)域(yu)顯(xian)示(shi)的(de)左(zuo)側(ce)。當(dang)采(cai)樣(yang)頻(pin)率(lv)附(fu)近(jin)的(de)下(xia)邊(bian)帶(dai)分(fen)量(liang)與(yu)基(ji)帶(dai)信(xin)號(hao)相(xiang)交(jiao)時(shi)，就(jiu)會(hui)出(chu)現(xian)混(hun)疊(die)，如(ru)下(xia)圖(tu)所(suo)示(shi)。一(yi)旦(dan)頻(pin)譜(pu)分(fen)量(liang)重(zhong)疊(die)，就(jiu)不(bu)再(zai)可(ke)能(neng)對(dui)生(sheng)成(cheng)的(de)波(bo)形(xing)進(jin)行(xing)濾(lv)波(bo)以(yi)恢(hui)複(fu)原(yuan)始(shi)基(ji)帶(dai)信(xin)號(hao)。

示波器設計人員通常嚐試通過多種方式來限製混疊。首先，他們選擇的采樣頻率遠大於過采樣所需的頻率。奈奎斯特頻率 3 到 20 倍的頻率並不少見。接下來
，他們延長了采集記憶。即使在使用長采集時，這也能保持高采樣率。選擇 DSO 時，您應該知道需要進行的持續時間采集，然後選擇具有足夠內存的儀器來支持信號所需帶寬所需的采樣率。

圖 3 說明了采集存儲器長度如何影響示波器的采樣率。此圖表將采樣率繪製為示波器時間/格設置的函數，並將采集內存長度作為參數。

圖 3. 1 GHz 帶寬示波器的采樣率與時間/格設置的關係圖，采樣率為 20 Gsamples/s。請注意
，一旦采樣率降至 2 Gsamples/s 或更低
，示波器將混疊 1 GHz 的信號。

本例中的示波器具有 20 Gsamples/s 的采樣率和 1 GHz 的帶寬。隻要采樣率在 2 Gsamples/s 以上，采集的數據就是有效的。如果采樣下降到恰好 2 Gsamples/s 或更少，則數據可能混疊。隨著時間/格設置的增加
，采樣率保持在 20 Gsamples/s
，直到所有采集內存都被占用。超過那個點
，采樣率就會下降。因此，對於 10 ksamples 的采集內存長度，采樣率在 50 ns/格時降至 2 Gsamples/s。內存長度為 100 ksamples，示波器在采樣率降至 2 Gsamples/s 之前可以達到 5 μs/格。隨著采集內存的增加，采樣率在更多時間/格設置中保持在臨界 2 Gsamples/s 以上。所以采集內存越長，

在操作數字示波器時，您應該從可用的快掃描速度開始——每格設置的短時間，以檢測和避免混疊。這樣做將導致的采樣率。當您增加時間/格設置時
，請注意波形。如果發生混疊
，波形的頻率會突然下降；當它發生時
，它是非常戲劇性的。如果確實遇到混疊
，請查看是否可以增加采集內存的深度以提高采樣率。