示波器基本原理之五：採集模式

[整理自Keysight官網資料]

示波器採集模式決定由示波器從模擬-數字轉換器（簡稱ADC）所獲取的採樣點如何與波形點相結合及顯示。下面的採集模式是最多見的:

• 普通或實時採集模式

這是最基本的採樣模式，在這種狀況下，一個波形點在每個波形間歇期間從一個採樣點建立。這是最多見的，並且大部分波形得以產生最佳顯示。

• 平均採集模式

平均採集模式讓您將多種採集一塊兒平均化以下降噪聲並提升垂直分辨率。平均化須要一個穩定的觸發器和重複性波形。更高的平均數可下降噪聲並提升垂直分辨率。

• 滾動模式

滾動模式是一種無觸發採集模式，在此模式中，所採集的數據以一種滾動方式在顯示器的右面開始顯示並繼續到左面顯示（在採集進行當中）。滾動模式在手動調整低頻波形、在低頻率波形中發現干擾或監控電源電壓上電週期時較爲有用。由於滾動模式是一種無觸發採集模式，因此與觸發器無關，並且觸發器的全部功能都被禁用。在採集進行當中，新數據將繼續在屏幕上橫向滾動。水平參考點設置在右面而且是當前時刻。波形數據點以當前的採樣率滾動到水平參考點的左面。

• 峯值檢測模式

全部的DSO（數字存儲示波器）和MSO（混合信號示波器）都具備混合信號的採集存儲器，這是示波器對每個採集週期所能數字化的採樣點數。若是示波器的時間基數設定爲比較快的時間/格的設置，如20ns/格，那麼示波器將老是會有足夠數量的存儲器在該設置下使用示波器的最高特定採樣率採集波形。例如，若是示波器的最高特定採樣率爲4GSa/s（採樣之間250ps），並且，若是示波器的時間基數設定爲20ns/格，那麼800點採集存儲器的深度即爲所須要採集和顯示完整波形的所有條件。在20ns/格的狀況下，在整個示波器屏幕上的完整波形由200n秒的時間組成（20n秒/格x 10 個水平格）。在仍以4GSa/s進行採樣的狀況下，填充該時間所須要的存儲深度僅爲800點（200ns/250ps= 800）。

若是您將示波器的時間基數設定爲較慢的時間/格的設置以便採集較慢的波形並有更長時間採集，那麼示波器也許須要自動下降其採樣率以填充波形所須要的時間。全部的DSO及MSO均可以知足此要求。例如，讓咱們假設您想採集比較慢的信號而且須要把示波器的時間基數設定爲10ms/格（橫屏100ms）。若是示波器存儲器的最大深度是2 M點，那麼示波器將須要把其採樣率降至20MSa/s（100ms/2 M = 50ns採樣週期）

雖然在大多數狀況下這並非問題，由於採集較慢波形不須要較快的採樣率，但若是所輸入的信號包含低速和高速的混合特性將會出現什麼狀況？例如，假如您想採集的輸入信號爲30 Hz正弦波，而其上面載有很是狹窄的毛刺又該如何？採集30 Hz正弦波不須要較快的採樣率，但採集狹窄的毛刺會須要很是快的採樣率。

在已選擇峯值檢測採集模式的狀況下，示波器以更高的採樣率有效地對所採集的數據進行降採樣，而不是以下降的速率進行波形採樣。例如，讓咱們假設示波器須要以其最高採樣率的百分之一的速率運行。這就等於示波器以最高的採樣率運行，但僅儲存每一個百分之一點，這是「非有效」降採樣。在峯值檢測模式中，示波器會實時對一組200個連續性採樣進行分析（以高速率採樣），而後對這組的200個點僅儲存最高和最低的數字化值，即僅2個點。這會是100的降採樣因子。因此您也許會問，爲何不一直使用峯值檢測模式？在使用此採集模式時會有些取捨。首先，示波器的絕對最高採樣率被下降。其次，所儲存的點將不會被均勻地分隔開。這是奈奎斯特（Nyquist）採樣定律的一個重要標準。迄今爲止，這一特別檢測應用程序–使用峯值檢測模式是一種好的選擇。但對於其它檢測應用程序來講，峯值檢測不必定是恰當的採集模式。

• 高分辨率採集模式

高分辨率模式使採樣內的序列採樣點平均化，於是可下降隨機噪聲、使屏幕上的軌跡更爲平滑而且有效提升垂直分辨率。此模式與平均模式不一樣，不須要重複性波形。

• 分段式存儲器採集模式

分段式存儲可以讓採集存儲分紅一組等長子記錄，即整體長度直至示波器存儲器的總深度都相等。分段式存儲器對被死區時間分開而屢次忽然出現的數據的應用程序頗有用，由於在觸發事件後，分段式存儲器僅經過捕捉子記錄將示波器的存儲深度最大化。 在分段存儲問世之前，從動態連續觸發事件得到和儲存數據的最佳方法是將從每一個觸發器採集到的數據儲存到示波器的硬盤。保存每一個波形到硬盤所需的時間極大地限制了整體吞吐量。有了分段式存儲，示波器可以使用真正的高速採集存儲器保存每一個波形而再也不用硬盤。這就極大地提升了吞吐量並將週期間的死區時間減小到最低程度。

小帖示：如何選擇合適的採集模式

普通採集模式:

• 用於頻率份量小於採樣率四分之一的波形。
• 採集不常常出現的波形，如毛刺。
• 用於單次波形事件。

峯值檢測採集模式:

• 在慢時基時，快速發現 > 50ps寬的波形異常。
• 查看波形是否混疊。
• 用於單次波形事件。

平均模式

• F對週期波形來講，可以使用普通平均模式下降一些觸發器的噪聲。

高分辨率採集模式:

• 減小和改善非週期（單次）波形上的信噪比。對週期波形來講，可以使用普通平均模式下降一些觸發器的噪聲。
• 提升信號的分辨率。隨着高分辨率間隔的增長，有效比特數也隨之增長（可達到某比特數）。

分段式採集模式（普通、峯值檢測或高分辨率採集模式:

• 查看低佔空比的的波形事件，但具備高頻率成分。

滾動模式採集模式:

• 手動調整低頻率波形時使用。
• 在低頻率波形中發現干擾。
• 監控電源電壓上電週期。