示波器基本原理之五：采集模式

[整理自Keysight官网资料]

示波器采集模式决定由示波器从模拟-数字转换器（简称ADC）所获取的采样点如何与波形点相结合及显示。下面的采集模式是最多见的:

• 普通或实时采集模式

这是最基本的采样模式，在这种状况下，一个波形点在每个波形间歇期间从一个采样点建立。这是最多见的，并且大部分波形得以产生最佳显示。

• 平均采集模式

平均采集模式让您将多种采集一块儿平均化以下降噪声并提升垂直分辨率。平均化须要一个稳定的触发器和重复性波形。更高的平均数可下降噪声并提升垂直分辨率。

• 滚动模式

滚动模式是一种无触发采集模式，在此模式中，所采集的数据以一种滚动方式在显示器的右面开始显示并继续到左面显示（在采集进行当中）。滚动模式在手动调整低频波形、在低频率波形中发现干扰或监控电源电压上电周期时较为有用。由于滚动模式是一种无触发采集模式，因此与触发器无关，并且触发器的全部功能都被禁用。在采集进行当中，新数据将继续在屏幕上横向滚动。水平参考点设置在右面而且是当前时刻。波形数据点以当前的采样率滚动到水平参考点的左面。

• 峰值检测模式

全部的DSO（数字存储示波器）和MSO（混合信号示波器）都具备混合信号的采集存储器，这是示波器对每个采集周期所能数字化的采样点数。若是示波器的时间基数设定为比较快的时间/格的设置，如20ns/格，那么示波器将老是会有足够数量的存储器在该设置下使用示波器的最高特定采样率采集波形。例如，若是示波器的最高特定采样率为4GSa/s（采样之间250ps），并且，若是示波器的时间基数设定为20ns/格，那么800点采集存储器的深度即为所须要采集和显示完整波形的所有条件。在20ns/格的状况下，在整个示波器屏幕上的完整波形由200n秒的时间组成（20n秒/格x 10 个水平格）。在仍以4GSa/s进行采样的状况下，填充该时间所须要的存储深度仅为800点（200ns/250ps= 800）。

若是您将示波器的时间基数设定为较慢的时间/格的设置以便采集较慢的波形并有更长时间采集，那么示波器也许须要自动下降其采样率以填充波形所须要的时间。全部的DSO及MSO均可以知足此要求。例如，让咱们假设您想采集比较慢的信号而且须要把示波器的时间基数设定为10ms/格（横屏100ms）。若是示波器存储器的最大深度是2 M点，那么示波器将须要把其采样率降至20MSa/s（100ms/2 M = 50ns采样周期）

虽然在大多数状况下这并非问题，由于采集较慢波形不须要较快的采样率，但若是所输入的信号包含低速和高速的混合特性将会出现什么状况？例如，假如您想采集的输入信号为30 Hz正弦波，而其上面载有很是狭窄的毛刺又该如何？采集30 Hz正弦波不须要较快的采样率，但采集狭窄的毛刺会须要很是快的采样率。

在已选择峰值检测采集模式的状况下，示波器以更高的采样率有效地对所采集的数据进行降采样，而不是以下降的速率进行波形采样。例如，让咱们假设示波器须要以其最高采样率的百分之一的速率运行。这就等于示波器以最高的采样率运行，但仅储存每一个百分之一点，这是“非有效”降采样。在峰值检测模式中，示波器会实时对一组200个连续性采样进行分析（以高速率采样），而后对这组的200个点仅储存最高和最低的数字化值，即仅2个点。这会是100的降采样因子。因此您也许会问，为何不一直使用峰值检测模式？在使用此采集模式时会有些取舍。首先，示波器的绝对最高采样率被下降。其次，所储存的点将不会被均匀地分隔开。这是奈奎斯特（Nyquist）采样定律的一个重要标准。迄今为止，这一特别检测应用程序–使用峰值检测模式是一种好的选择。但对于其它检测应用程序来讲，峰值检测不必定是恰当的采集模式。

• 高分辨率采集模式

高分辨率模式使采样内的序列采样点平均化，于是可下降随机噪声、使屏幕上的轨迹更为平滑而且有效提升垂直分辨率。此模式与平均模式不一样，不须要重复性波形。

• 分段式存储器采集模式

分段式存储可以让采集存储分红一组等长子记录，即整体长度直至示波器存储器的总深度都相等。分段式存储器对被死区时间分开而屡次忽然出现的数据的应用程序颇有用，由于在触发事件后，分段式存储器仅经过捕捉子记录将示波器的存储深度最大化。 在分段存储问世之前，从动态连续触发事件得到和储存数据的最佳方法是将从每一个触发器采集到的数据储存到示波器的硬盘。保存每一个波形到硬盘所需的时间极大地限制了整体吞吐量。有了分段式存储，示波器可以使用真正的高速采集存储器保存每一个波形而再也不用硬盘。这就极大地提升了吞吐量并将周期间的死区时间减小到最低程度。

小帖示：如何选择合适的采集模式

普通采集模式:

• 用于频率份量小于采样率四分之一的波形。
• 采集不常常出现的波形，如毛刺。
• 用于单次波形事件。

峰值检测采集模式:

• 在慢时基时，快速发现 > 50ps宽的波形异常。
• 查看波形是否混叠。
• 用于单次波形事件。

平均模式

• F对周期波形来讲，可以使用普通平均模式下降一些触发器的噪声。

高分辨率采集模式:

• 减小和改善非周期（单次）波形上的信噪比。对周期波形来讲，可以使用普通平均模式下降一些触发器的噪声。
• 提升信号的分辨率。随着高分辨率间隔的增长，有效比特数也随之增长（可达到某比特数）。

分段式采集模式（普通、峰值检测或高分辨率采集模式:

• 查看低占空比的的波形事件，但具备高频率成分。

滚动模式采集模式:

• 手动调整低频率波形时使用。
• 在低频率波形中发现干扰。
• 监控电源电压上电周期。