在电源纹波测试这类高精度测量场景中,示波器采样率的设置直接影响纹波波形的还原精度。以下从基础概念到实操方法,详细解析如何正确设置示波器采样率。
什么是示波器的采样率
示波器的核心功能是将连续变化的模拟信号通过 AD 转换转化为离散的数字信号,这一过程称为采样。形象地说,采样就像用无数个离散的点来描绘连续的信号波形,点的密度直接决定波形的还原度。
采样率(又称采样速度或采样频率)是衡量这一过程的关键参数,它表示示波器在单位时间内从连续信号中提取的采样点数,单位为赫兹(Hz)。采样率的倒数称为采样周期(或采样时间间隔),即两个相邻采样点之间的时间差。
采样率不足的三大危害
采样率的设置需遵循奈奎斯特采样定理(香农采样定律):若信号是带限的,且采样频率高于信号最高频率的 2 倍,就能从采样点中完整重建原始信号;反之,高于或等于奈奎斯特频率(信号最高频率的 2 倍)的成分会引发混叠现象,导致测量失效。
在电源纹波测试中,采样率不足的具体影响如下:
波形失真
当采样点数不足时,示波器无法捕捉纹波信号的细节特征(如毛刺的尖锐程度、波动的周期性),导致还原的波形与真实信号存在偏差,失去参考价值。
波形混叠
若采样频率低于纹波中最高频率成分的 2 倍,高频信号会被误判为低频信号,两者的波形重叠后形成假信号。例如,纹波中的高频噪声可能被错误显示为低频波动,严重干扰对纹波幅值和频率的判断。
波形漏失
采样率过低会导致采样间隔增大,纹波中存在的窄脉冲(如开关电源产生的瞬时尖峰)可能恰好落在两个采样点之间,造成关键信号的漏检。
测试中如何设置采样率
示波器的采样率与存储深度、采样时间的关系为:采样率 = 存储深度 / 采样时间。根据调节方式不同,示波器分为 “采样率可调” 和 “存储深度可调” 两种类型:前者可直接设置采样率,示波器自动匹配存储深度;后者需先设定存储深度,再由示波器根据采样时间计算最大采样率(相关设置菜单通常位于 “水平” 或 “采集” 选项中)。
具体设置方法如下:
针对周期信号的快速设置
若测试的电源纹波为周期性信号(如开关电源的周期性波动),可直接使用示波器的AUTOSET 功能,设备会根据信号特征自动配置采样率、时基等参数,快速获得基础波形。
已知信号频率时的精准设置
若已知纹波中最高频率成分(如开关频率的谐波),需确保采样率至少为该频率的 2 倍(遵循奈奎斯特定理)。操作步骤:
先通过调节水平时基确定采样时间(建议覆盖至少 10 个信号周期,保证波形完整性);
逐步增大存储深度,直至采样率满足需求(存储深度越高,相同采样时间内的采样点数越多,波形细节越丰富)。
示例对比
当采集 25MHz 正弦信号时,使用 2G 采样率可完整还原波形的平滑曲线和峰值特征;
若采样率降至 10M(远低于 25MHz 的 2 倍),波形会出现明显混叠,呈现虚假的低频波动。
总结
正确设置采样率需结合信号频率(尤其是最高频率成分)、测试需求(如是否需捕捉高频毛刺)和设备性能(存储深度上限)。在电源纹波测试中,建议优先保证采样率不低于纹波最高频率的 5 倍(预留安全余量),同时通过合理配置存储深度和采样时间,平衡波形细节与测量效率。
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