記憶示波器的存儲深度和垂直分辨率是影響波形觀察質(zhì)量的核心參數(shù)，二者分別從時間維度和幅度維度決定信號的還原能力。以下從定義、影響機(jī)制及選擇原則三方面展開說明：

一、存儲深度對波形觀察的影響

1. 存儲深度的定義

• 定義：示波器單次采集能存儲的采樣點數(shù)量（單位：pts，points）。
• 物理意義：存儲深度決定了示波器在固定采樣率下可記錄的信號時長。

2. 存儲深度不足的影響

• 時間分辨率下降：
  • 存儲深度固定時，提高采樣率會縮短單次采集時間，導(dǎo)致信號片段化。
  • 示例：1 Mpts存儲深度下，1 GSa/s采樣率僅能記錄1 ms信號，若需觀察10 ms信號，需降低采樣率至100 MSa/s。
• 關(guān)鍵信息丟失：
  • 無法捕捉長周期信號中的異常事件（如毛刺、間歇性干擾）。
  • 示例：在電源紋波分析中，存儲深度不足可能導(dǎo)致無法定位低頻周期性干擾。

3. 存儲深度對波形的具體影響

• 高存儲深度優(yōu)勢：
  • 長時序分析：可記錄完整信號周期，便于觀察時序關(guān)系（如協(xié)議解碼）。
  • 高采樣率支持：在保持高時間分辨率的同時延長采集時間。
  • 觸發(fā)后觀察：允許用戶在觸發(fā)事件前后記錄更多數(shù)據(jù)，便于分析事件前因后果。
• 低存儲深度限制：
  • 需在采樣率和采集時間之間妥協(xié)，導(dǎo)致波形細(xì)節(jié)或時間跨度受損。

二、垂直分辨率對波形觀察的影響

1. 垂直分辨率的定義

• 定義：示波器ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）的位數(shù)，決定幅度量化的精細(xì)程度。
• 物理意義：垂直分辨率越高，信號幅度的量化誤差越小。

2. 垂直分辨率不足的影響

• 量化噪聲增加：
  • 低分辨率導(dǎo)致信號幅度被粗略量化，產(chǎn)生階梯狀波形，掩蓋真實信號細(xì)節(jié)。
  • 示例：8位ADC（256級量化）的量化誤差為滿量程的0.39%，而12位ADC（4096級量化）的誤差僅為0.024%。
• 微弱信號失真：
  • 低分辨率下，小信號可能被噪聲淹沒，導(dǎo)致幅值測量不準(zhǔn)確。
  • 示例：在音頻信號分析中，8位分辨率可能無法區(qū)分1 mV的信號變化。

3. 垂直分辨率對波形的具體影響

• 高垂直分辨率優(yōu)勢：
  • 細(xì)節(jié)還原：準(zhǔn)確顯示信號的微小變化（如紋波、噪聲）。
  • 動態(tài)范圍提升：同時觀察大信號和小信號（如電源紋波疊加開關(guān)噪聲）。
  • 低電平信號分析：避免量化誤差導(dǎo)致的信號失真。
• 低垂直分辨率限制：
  • 信號呈現(xiàn)階梯狀，波形平滑度下降，影響幅度、頻率等參數(shù)的測量精度。

三、存儲深度與垂直分辨率的協(xié)同作用

1. 存儲深度與時間分辨率的平衡

• 公式：

• 示例：
  • 1 Mpts存儲深度下，100 MSa/s采樣率可記錄10 ms信號，而1 GSa/s僅記錄1 ms。
  • 高存儲深度允許在保持高采樣率的同時延長采集時間，避免關(guān)鍵信息丟失。

2. 垂直分辨率與信號細(xì)節(jié)的關(guān)聯(lián)

• 量化誤差公式：

其中 $N$ 為ADC位數(shù)。

• 示例：
  • 12位ADC的量化誤差是8位ADC的1/16，顯著提升小信號測量精度。

3. 典型應(yīng)用場景對比

四、選擇建議

1. 存儲深度選擇
   • 長時序分析：優(yōu)先選擇高存儲深度（如10 Mpts以上）。
   • 高頻信號分析：在保證采樣率的前提下，選擇足夠存儲深度以記錄完整信號周期。
   • 觸發(fā)后觀察：選擇可擴(kuò)展存儲深度的示波器，便于捕捉觸發(fā)前后信號。
2. 垂直分辨率選擇
   • 微弱信號分析：優(yōu)先選擇12位以上垂直分辨率。
   • 大動態(tài)范圍信號：選擇高分辨率以避免信號截斷或飽和。
   • 成本與性能平衡：8位分辨率適用于一般應(yīng)用，12位及以上適用于高精度需求。
3. 綜合權(quán)衡
   • 存儲深度與采樣率的平衡：根據(jù)信號特性調(diào)整采樣率，確保存儲深度足夠記錄關(guān)鍵信息。
   • 垂直分辨率與ADC性能的匹配：高分辨率需配合低噪聲前端電路，避免噪聲淹沒信號。

五、總結(jié)

• 存儲深度決定了示波器在時間維度上的觀察能力，影響信號的完整性和時間分辨率。
• 垂直分辨率決定了示波器在幅度維度上的觀察能力，影響信號的細(xì)節(jié)還原和測量精度。
• 選擇原則：根據(jù)信號特性（頻率、幅度、動態(tài)范圍）和測量需求（時序分析、細(xì)節(jié)觀察）綜合選擇存儲深度和垂直分辨率，避免單一參數(shù)的過度優(yōu)化。

通過合理配置存儲深度和垂直分辨率，可確保示波器對信號的全面、精準(zhǔn)分析，避免因參數(shù)不足導(dǎo)致的測量誤差。