每隔一毫秒看一眼
先看理想瞬时采样:每秒采一千次,用相同的初始相位观察频率为 和 的正弦电压。慢信号在两次采样之间走过十分之一圈,快信号走过一整圈再加十分之一圈。采样时刻看到的相位完全一样。
快信号多走的那一圈,恰好藏在两个样点之间。把这些点连起来,会看见一条很像慢信号的曲线。这种不同频率在样点里混到一起的现象,叫混叠。
触发让边沿停在同一处
如果每次都从不同位置画起,同一个脉冲也会在屏幕上左右游走。触发给它选一个共同起点:例如电压向上越过某个电平的时候。每次把这个位置放在画面的同一处,边沿就站稳了。
把电压存成整数以后,数字边沿触发便能在已采到的这些数值里寻找越过。触发前,采集仍在继续;仪器把前面一段数据也留在缓冲区,便能显示触发之前发生了什么。触发条件若始终达不到,正常模式会保留前次记录,自动模式则可以等一段时间后保存一段未触发的数据。
混叠后的慢波同样可能一次次越过触发电平。它站得再稳,也只说明这批样点可以重复对齐。要分清快慢,还得检查采样时钟。
来源:[1]
进入时钟以前,边沿已经会变圆
电压先经过探头和模拟输入,才轮到采样时钟。探头会给信号源添入负载,模拟前端对快速变化的响应也有限。一个很陡的脉冲经过它,顶部可能变低,边沿会被磨圆。带宽描述的就是这条模拟通路对不同频率的响应。
用一组电阻、电容作简化前端,电容需要时间充电,电压会逐渐跟上输入。带宽取 。理想阶跃从一成升到九成,需要约 ,也就是不到五万分之一秒。这个数由所选响应形状决定,不能套到所有示波器上。
提高采样率,可以把已经变圆的边沿记得更细,却不会让它恢复成进入前端之前的陡边。反过来,模拟通路即使足够快,时钟太慢仍会漏掉起伏。
读数也要从留下的点里来
转换器把每次电压存成有限范围的整数代码。先量零输入,再量已知电压,就能把代码换成电压;用已知时间间隔数时钟,还能检查计时比例。屏幕上的连线只是把这些离散读数连接起来。
例如,把 的完整电压跨度分成八位代码能表示的二百五十六格,每格约 ;十二位可分成四千零九十六格,每格约 。电压刻度细了,每次取整的误差便小一些;采样时刻之间的起伏仍需要足够快的时钟来记录。
记录还要够长。一百赫兹的波,在四毫秒窗口里连半个周期都没有;四十毫秒窗口则能留下约四个周期,供几次同方向的交点互相比较。延长记录提供了更多重复,但每两点之间的时间间隔仍由采样钟决定。
周期可以从几次同方向越过电平的间隔来量,上升时间可以从记录中的一成、九成位置来量。记录太短,或边沿只落下两三个稀疏样点时,读数就会变得不可靠。峰顶超过代码范围而被削平后,样点也没有保存那个真正的高度。
前面的一千一百赫兹输入,在更快的采样钟下会留下更多起伏。把两份原始记录、量程和触发位置都留下,就能继续检查那条慢波究竟是怎样出现的。