測試手機(jī)攝像頭模組，采樣率為何不對

上周在微信上收到一位小伙伴的求助信息，其實(shí)是一個(gè)很簡單的問題，但是就是這么簡單的問題，卻是很多工程師經(jīng)常會(huì)犯錯(cuò)的地方。今天就和大家一起來分享下這個(gè)問題。

背景介紹:

一位手機(jī)研發(fā)工程師在測試手機(jī)攝像頭模組的的I2C信號時(shí)，得到的波形如下圖所示：

很顯然波形已經(jīng)失真，與I2C的規(guī)范不一致，I2C的規(guī)范的波形如下圖所示：

分析問題:

看到這個(gè)問題的時(shí)候，很自然的想到是不是測試出了問題，因?yàn)槭謾C(jī)方案是比較成熟的設(shè)計(jì)，對于這類低速的信號，即使出問題也不會(huì)很嚴(yán)重。

I2C的信號在快速模式下的速率只有400Kbps，測量所使用的示波器為是德科技的MSO-X 2024A，帶寬為200MHz，采樣率為2GSa/s。按照民間流傳的經(jīng)驗(yàn)，測試設(shè)備（示波器+探頭）的帶寬是信號帶寬的3~5倍，掐指一算這已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了，采樣率也妥妥的足夠。那是什么問題呢？再把發(fā)過來的圖放大，仔細(xì)一看，果不其然，采樣率設(shè)置的太小，只有50KSa/s。

好的問題找到了，立馬讓他修改采樣率，再做一次測試，當(dāng)把采樣率調(diào)節(jié)到12.5MSa/s時(shí)，獲得的結(jié)果如下：

結(jié)論：

由于采樣率不足夠，導(dǎo)致測試的結(jié)果不正確。

這整個(gè)過程中涉及到一個(gè)關(guān)鍵的概念，就是采樣率。這是很多工程師在平常的工作中不太注意的問題。

示波器的采樣率就是指在示波器的采樣時(shí)間間隔。比如本案例中使用的示波器為2GSa/s，那么最大值的情況為每隔500ps進(jìn)行一次采樣，而當(dāng)設(shè)置為50KSa/s時(shí)，則每一次采樣的間隔為20us。對于400Kbps的信號，顯然無法滿足要求，自然會(huì)導(dǎo)致獲得的信號失真。

一般情況下，采樣率要滿足奈奎斯特采樣定律：即采樣率至少要大于信號中最高頻率的2倍。這樣才能保留住原始信號的信息。

大家在選擇示波器的時(shí)候往往只是在乎帶寬，其實(shí)示波器的采樣率、存儲(chǔ)深度也同樣非常重要，三者稱之為示波器的三大要素，專業(yè)的工程師還會(huì)考察設(shè)備的底噪、高級觸發(fā)功能、協(xié)議包、一致性測試軟件等等。