示波器采样率的正确设置方法

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。