在工程師使用示波器測量信號時，可能會發現不同的時基檔下所測到的波形頻率不同。如果這個信號并非是疊加信號，那么可能就是示波器出現假波現象了。本文重點分享示波器假波現象的形成原因以及處理方法。

一、數字示波器的假波現象

圖 1.數字示波器觀察到的假波現象

在使用數字示波器時，是否會遇到輸入信號頻率為10MHz，而示波器測量出來卻是遠小于10MHz頻率的信號波形，你可能會認為這是一個高頻率小信號疊加低頻率大信號，請不要急著做這樣的結論，可能此時已經出現了假波現象了。

圖1給出信號實際波形和假波的圖形，從圖中可以直觀的看出假波和實際波形的區別。隨后會討論假波形成原因、特征以及如何判斷測量中是否出現假波現象。

二、假波現象形成的原因

了解假波現象如何形成，就得要知道數字示波器的工作原理。圖2是數字示波器工作原理框圖，與模擬示波器不同，數字示波器通過模數轉換器（ADC）把被測電壓轉換為數字信息。它捕獲的是波形的一系列樣值，并對樣值進行存儲，存儲限度是判斷累計的樣值是否能描繪出波形為止。對樣值存儲后，數字示波器再重構波形。顯然示波器是否能重現真實的信號波形，其中關鍵的步驟就是采樣。根據奈奎斯特抽樣定律，要保證信號在恢復時不發生混迭現象和失真，采樣率至少為信號最高頻率帶寬的2倍以上?？上攵?，如果示波器采樣速率不高，無法建立起精確的波形記錄時，就會出現假波現象，如圖1所示顯示為低頻信號波形，或者觸發顯示為不穩定的波形。

圖 2.數字示波器工作原理框圖

三、假波現象的判斷方法

在實際測量中可以通過以下4個方法判斷示波器測量的波形是否為假波。

注：測試輸入為10MHz，峰峰值800mV的正弦波信號。所用示波器是廣州致遠電子有限公司自主研發的ZDS1104，帶寬100MHz，最大采樣率1GSa/s，最大儲存深度28MKpts，支持4通道輸入。

1.旋轉“t/div”旋鈕改變水平時基檔，如果波形形狀劇烈變化，則可能出現假波現象。

圖 3.水平時基20us/div、采樣率50MSa/s

圖 4.水平時基100us/div、采樣率10MSa/s

從圖3和圖4中可以看出，當水平時基檔從“20us /div”增加到“100us /div”時，波形發生劇烈變化，頻率為10MHz的信號示波器測量為4.98KHz，可以判斷時基檔在“100us /div”出現波形為假波。

數字示波器采樣率fs和水平時基檔（t/div）有如下關系：

其中數字示波器最大采樣速率N是一個定值，可知水平時基檔越大，采樣率越小。水平時基檔增加到“100us /div”時，采樣率也從50MSa/s減小到10MSa/s，根據奈奎斯特抽樣定律，此時的采樣率小于信號頻率的2倍，也就不能正確的重現波形了。

2.選擇“峰值”捕獲模式，如果波形形狀劇烈變化，則可能有假波現象。

圖 5.標準捕獲模式

圖 6.峰值捕獲模式

“峰值”捕獲模式，示波器將對最大值和最小值進行取樣，因此可以檢測更快的信號。圖6中，捕獲模式由“標準”改為“峰值”，采樣率同樣是10MSa/s，示波器顯示的波形形狀劇烈變化。可判斷出圖5中示波器顯示波形為假波。

3.改變儲存深度大小，如果波形形狀劇烈變化，則可能有假波現象。

圖 7.儲存深度14Kpts

圖 8.儲存深度700Kpts

示波器的儲存就是把經過A/D數字化后的二進制波形信息存儲到示波器的高速CMOS內存中，內存的容量就是儲存深度。儲存深度M與采樣率fs有這樣的關系：

由以上關系可知，提高示波器的儲存深度可以間接提高示波器的采樣率。圖8中，儲存深度由14Kpts改為700Kpts，波形形狀發生劇烈變化，可判斷出圖7示波器顯示波形為假波現象。仔細觀察圖5、圖6和圖7，都是由于示波器設置儲存深度過小，導致采樣率不足造成假波的產生。

4.選擇“峰峰值測量”，在改變水平時基檔、儲存深度或者選擇“峰值捕獲”，當波形出現劇烈變化時，若峰峰值不改變，則出現假波現象。

圖3至圖8中都標出了峰峰值測量“PK-PK”，當水平時基檔、儲存深度和捕獲模式改變，無論示波器顯示信號波形怎么變化，但是峰峰值800mV并沒有發生變化，可以說明示波器顯示的波形為假波現象。

五、總結
?假波現象只會出現在數字示波器中，現在市場上基本都是數字示波器。
?假波現象是由于采樣率不足導致的。示波器最大的采樣率是固定的，實際采樣率是可變的，通過選擇合適的時基檔位和儲存深度可以提高實際采樣率，有效避免假波的產生。
?示波器測量同一信號在不同時基檔顯示不相同頻率波形時，請用以上4種方法判斷是否為假波現象。