如何判断一部示波器是否适合工作上的需求？如何评断一部示波器是一部好的仪器？相信用户心中一定会浮现出许许多多的想法与专有名词，例如：带宽、取样率、记忆长度、屏幕大小、算术运算能力等等。但本文要讨论的是最基本的概念－如何才能选择一部好示波器？或者范围更缩小一些──使用示波器的目的是什么？答案其实很简单，便是将待测信号忠实的还原回来以供观察及量测。虽然是短短的一句话，但却牵涉到许多的特性与变量。碍于篇幅，本文仅探讨示波器最重要但也却常被混淆的二个特性。
取样率
近年来示波器已进入了数字的时代，所有类型的数字示波器都具备了一个很重要的规格－－取样率。取样率的快慢取决于A/D转换器的速度，也决定了波形还原及重建的能力。
取样率的重要性
实际情况瞬息万变。示波器也需要具备足够的技术，才能撷取实时的动态讯号。
瞬间的事件仅会发生一次，因此，必须在事件发生的相同时间范围中取样。如果示波器的取样率不够快，高频率的成份可能就会「跌落」至低频率，造成显示器中的假象。
数字储存示波器对取样输入讯号的速度愈快，在显示的波形中呈现的分辨率和细节就越完整。Nyquist的取样理论认为，波形采样率至少必须是测试讯号预期最高频率的两倍率。然而，此理论只适用于正弦波讯号。面对今日复杂的波形，无疑地需要高于2倍取样率的倍数，才能精确地撷取变化或单击波波形。
综观市面上所有示波器的取样方式，不外乎等时取样和实时取样二种方式，接下来便开始讨论这二种方式的动作原理及其限制。
数字实时（DRT）取样技术
身为工程师或技术人员，必须保证能准确地撷取讯号的详细数据。如果因为示波器的取样率不够快，导致瞬时讯号的详细数据遗失，则会造成量测错误。数字实时示波器能实时撷取讯号，在单一撷取程序周期中，撷取足够讯号取样点，准确重建波形。
《图一 数字实时（DRT）取样技术》  |
等时（ET）取样技术的限制
如果使用的数字相机需要拍摄许多相片，才能产生清楚组成一张的影像，大部份的人可能会觉得无法接受。同样的道理，数字储存示波器最好也能取得快照，在单一撷取程序周期中精确地重制非重复性或单击波。
许多传统的数字储存示波器（DSO）长久以来有个限制，就是在撷取非重复波形及单击波形时，无法处理已标示的带宽。此限制源于等时（ET）取样结构，其需要多个撷取周期以显示有意义的波形。等时取样技术在对重复波形没什么问题，但要重建非重复性或单击波形时往往达不到标准。
《图二 等待取样示波器是藉从一系列撷取周期中捕捉一部份的信息，来建构重复讯号的图形》  |
等时（ET）取样
数字实时（DRT）取样
定义
此取样技术中，自相同重复波形撷取一系列样本，以建立一个代表性波形。
此取样技术中，从数字化系统的一个讯号周期，撷取所有样本，并在事件发生的相同时间范围内，撷取并显示事件。
特性
允许示波器精确地撷取频率高于示波器取样率的信号。
然而，输入的讯号必须重复要求多个触发事件，这往往造成在非重复性或单击波中遗失讯号信息。
《表一 数字实时与等时取样技术的比较》  |
大部份等时取样的DSO实际带宽低于其所公布模拟或重复讯号带宽的三分之一。
如果使用到所公布的带宽，单击波的显示便会因子位假象而失真，或是因为超过示波器的有效实时带宽而产生其他失真情形。
同时提供所有波道真正4倍到10倍的讯号超高取样。
输入的讯号不需要重复。
在平均间隔的时间及单一触发事件中取样。
在每个讯号波形周期中完整取样，提供详细数据以精确重建讯号对于重复及单击讯号。
实时撷取符合示波器全模拟带宽。
至于要如何避免使用含有「等时取样（ET）」技术的产品？当评估购买下一部数字储存示波器时，请确定其指定的最大单击取样率至少是仪器所标示的带宽4倍以上（最好10倍）。
《表二 》  |
相信到这里，读者对于取样率已有一深入的了解，接下来举三个实际讯号为例子，分别利用实时取样技术与等时取样技术来做实验，以利读者了解何者才能完整还原讯号全貌。
单击波讯号
等时取样对于单击波形讯号的帮助很有限，因为单击波讯号必须要在一个触发事件中完整地取样。
《图三 单击波讯号》  |
双稳态（Meta-stable；非重复性讯号）事件
由于等时取样的波形是由连续撷取单一讯号的周期建构而成，其更新率相形之下较低。如果输入讯号在撷取过程中调变或变更，等时取样会在一段时间内将此短暂变更平均分配，因而呈现与真实事件不同的失真状态。
《图四 双稳态事件》  |
多波道撷取（数字输出：频率及数据）
甚至在多波道撷取上，数字实时取样技术都能保持相同等级的实时取样率效能。等时产取样所还原信号则很难显示出时序的关系。
波形更新率
示波器所谓的波形更新率指的是撷取波形（画面）的速度，在多年以前，工程师所面对的往往是单纯而慢速的信号，所以这项目也就常被忽略掉了。但近年来由于电子领域的技术突飞猛进，电路变得更加复杂，待测信号变得更快速而捉摸不定，这时「波形更新率」就变得非常重要了。现在，就以我们的眼睛为例来说明此一项目，如(图六)。
《图五 多波道撷取》  |
除了1-4外都是睁开眼睛的时候，此时外界有任何变化都会被我们看到，也就是示波器撷取信号的时候，1-4为闭眼休息的时候，此时外界有任何变化都会被忽略。推论到示波器上这段时间便是所谓的处理时间（Hold time），此时待测信号若有任何变化也就被示波器所忽略掉了。所以，波形更新率愈快的示波器，处理时间（Hold off time）愈短；波形更新率愈慢的示波器，处理时间（Hold off time）愈长，遗失的波形愈多。
《图六》  |
结论
取样率的快慢，决定了波形是否能够忠实的还原及重组。而波形更新率的快慢，决定了撷取异常偶发讯号的快慢。下一次从示波器屏幕上看到波形，千万不要贸然相信这波形就是电路上的真正波形。（作者任职于Tektronix太克科技）
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