你可能還記得，第一章中我們談到，普通模擬示波器CRT上的P31熒光物質的余輝時間小于1ms。在有些情況下，使用P7熒光物質的CRT能給出大約300ms的余輝時間。只要有信號照射熒光CRT就將不斷顯示信號波形。而當信號去掉以后使用P31材料的CET上掃跡迅速變暗，而使用P7材料的CRT上掃跡停留時間稍長一些。
那么，如果信號在一秒鐘內只有幾次，或者信號的周期為數秒至珍長，甚至于信號只發生一次，那又將會怎么樣呢？在這種情況下，使用我們上面介紹過的模擬示波器則幾乎乃至于完全不能觀察這些信號。
因此我們需要找到在熒光物質上保持信事情軌跡的方法。為達到這一目的而采用的一種老式方法是使用一種稱為存儲示波管的特殊CRT。這種示波管的熒光物質后面裝有柵網，通過在柵網上充載電荷的方法存貯電子束的路徑。這種示波管價格很昂貴又比較脆弱，并且只能耐有限的時間內保持軌跡。
數字存儲的方法克服了所有這些缺點，并且還帶來了很多附加的特色，下面列出部分特點：
·可以顯示大量的預觸發信息。
·可通通過使用光標和不使用光標的方法進行全自動的測量。
·可以長期貯存波形。
·可以在打印機或繪圖儀上制作硬考貝以供編制文件之用。
·可以反新采集的波形和操作人員手工或示波器全自動采集的參考波形進行比較。
·可以按通過/不通過的原則進行判斷。
·波形信息可用數學進行處理。
何謂數字存儲
從字意上不難看出，所謂數字存儲就是在示波器中以數字編碼的形式來貯存信號。
當信號進入數字存儲示波器，或稱DSO以后，在信號到達CRT的偏轉電路之前（圖18），示波器將按一定的時間間隔對信號電壓進行采樣。然后用一個模/數變換器（ADC）對這些瞬時值或采樣值進行變換從而生成代表每一個采樣電壓的二進制字。這個過程稱為數字化。
圖18 數字存儲示波器的方框圖
獲得的二進制數值貯存在存儲器中。對輸入信號進行采樣的速度稱為彩樣速率。采樣速率由采樣時鐘控制。對于一般使用情況來說，采樣速率的范圍從每秒20兆次（20MS/s）到200MS/s。
存儲器中貯存的數據用來在示波器的屏幕上重建信號波形。
所以，在DSO中的輸入信號接頭和示波器CRT之間的電路不只是僅有模擬電路。輸入信號的波形在CRT上獲得顯示之前先要存貯到存儲器中去我們在示波器屏幕上看到的波形總是由所采集到數據重建的波形，而不是輸入連接端上所加信號的立即的、連接的波形顯示。
采樣和數字化
數字存儲分兩步來實現。第一步，獲取輸入電壓的采樣值。這是通過采樣及保持電路來完成的，見圖19。
圖19 基本的采樣保持電路
當開關S閉合時，輸入放大器A1，通過開關S對保持電容進行充放電，而當開關S斷開時保持電容上的電壓就不再變化，緩沖放大器A2將此采樣值送往模/數變換器（ADC），ADC則測量此采樣電壓值，并用數字的“字”的形式表示出來。
模/數字變換器圍繞一組比較器而構成，見圖20，每一個比較器都檢查輸入睬樣電壓是高于或低于其參考電壓。如果高于其參考電壓則該比較器的輸出為有效；反之則輸出為無效。
圖20 模數變換器基本電路
各個比較器的參考電壓彼此略有不同，這此參考電壓都是用一個電阻鏈從一個基準電壓源而得到的。對于某一采樣電壓值來說，若干個比較器輸出為有效，而其余的比較器輸出為無效，接著ADC中的編碼變換器就把該采樣電壓值變為一個“數字”，并將其送往數字存儲器。
這種類型的ADC稱為閃其速式（flash)模/數字變換器。因為它能在“一閃”間把一個模擬輸入電壓變換為一個“數字”。除此之外，還可以使用其它類型的模/數變換器，。其模/數變換是由幾步動作來完成的，但是其缺點是完成一個采樣壓的變換所需時間較長。
模/數變換器和垂直分辨率
ADC通過把采樣電壓和許多參考電壓進行比較來確定采樣電壓的幅度。構成ADC所用的比較器越多，其電阻鏈越長，ADC可以識別的電壓層次也趙多。這個特性稱為垂直分辨率，垂直分辨率越高，則示波器上的波形中可以看到的信號細節越小（見圖21）。
圖21 垂直分辨對顯示波形的影響
垂直分辨率用比特來表示，垂直分辨率就是構成輸出的字的總比特數（即數字輸出字的長度大小）。
這樣ADC可以識別并進行編碼的電壓層次數可以用下式來計算：
層次數=2比特數
多數示波器使用比特的模/數變換器，所以能夠按28=256個不同的電壓層次來表示信號電平，這樣就能夠提供足夠的細節以便研究信號和進行測量，在這種垂直分辨率下，可以顯示的最小分辯率號步進值大約和CRT屏幕上光點的直徑大小相同，代表采樣電壓值的一個ADC輸出字包含8個比特，并稱為一個字節。
在現實當中，增加垂直分辨率的限制因素之一是成本問題，在制造ADC時，輸出字每多增加一個比特，就需要將所用的比較器數增加一倍并使用更大的編碼變換器，這樣一來就使得ADC電路在電路板上占據大一倍的芯片空間，并消耗多一倍的功率（這又將進一步影響周圍電路）結果，增加垂直分辨率又帶了價格的提高。
時基和水平的分辨率
在數字存儲示波器中，水平系統的作用是確保對輸入信號采集足夠數量的采樣值，并且每個采樣值取自正確的時刻，和模擬示波器一樣，水平偏轉的速度取決于時基的設置（s/格）。
構成一個波形的組全部的采樣叫作一個記錄，用一個記錄可以重建一個或多個屏莫的波形，一個示波器可以貯存的采樣點數稱為記錄長度或采集長度，記錄長度用字節或千字節來表示，1千字節（1KB）等于1024個采樣點。
通常，示波器沿著水平軸顯示512采樣點，為了便于使用，這些采樣點以每格50個采樣點的水平分辨率來進行顯示，這就是說水平軸的長為512/50=10.24格。
據此，兩個采樣之間的時間間隔可按下式計算：
采樣間隔=時基設置（s/格）/采樣點數
若時基設置為1ms/格，且生格有50個采樣，則可以計算出采樣間隔為：采樣間隔=1ms/50=20us
采樣速率是采樣間隔的倒數：采樣速率=1/采樣間隔
通常示波器可以顯示的采樣點數是固定的，時基設置的改變是通過改變采樣速率來實現的，因此一臺特定的示波器所給出的采樣速率只有在某一特定的時時設置之下才是有效的。在較低的時基設置之下，示波器使用的采樣速率也比較低。
設有一臺示波器，其最大采樣速率為100MS/s那么示波器實際使用這一采樣的速率的時基設置值應為
時基設置值=50樣點×采樣間隔
=50/采樣速率
=50/（100×106)
=500ns/格
了解這一時基設置值是非常重要的，因為這個值是示波器采集非重復性信號時的最快的時基設置，使用這個時基設置時示波器能給出其可能的最好的時間分辨率。
此時基設置值稱為“最大單次掃描時基設置值”，在這個設置值之下示波器使用“最大實進采樣速率”進行工作。這個采樣速率也就是在示波器的技術指標中所給出的采樣速率。
實用上升時間
在很多示波器應用場合，都要進行信叼開關我的測量，即測量上升時間和下降時間。
從第一章我們已經知道，示波器的上升時間決定了該示波器能夠精密進行測量的最快瞬變我對于模擬示波器來說，上升時間特性。對于模擬示波器來說，上升時間特性完全取決于示波器的模擬電路。
如果DSO，則示波器可以采集到的最快的瞬變特性不僅取決于其模擬電路，也取決于其時間分辨率。為了正確的進行上升時間的測量，必須在我們關心的信號邊緣上采集到足夠的細節信息，這就是說，在瞬變期間必須采集很多采樣點。這個上升時間稱為DSO的有用上升時間。并且其時間值是時基設置值的函數。
我們將在本書的練習部分（第六章）更詳細的討論上升時間測量的問題。
最大捕捉頻率及香農(Shannon)采樣準則
當人們最初探索將信號進行數字化的時候研究工作就已揭示，為了很好的恢復原來的信號，在進行信號數字化的時候就要求采樣時鐘的頻率至少應為信號本身所包含的最高頻率的兩倍，這個要求通常稱為香農采樣定理。
然而，這項研究工作是針對通信應用領域而并非針對示波器為進行的，現在來看圖22。從圖中看出。當使用兩倍于信號頻率的采樣時鐘時。信號頻率確實可以恢復。使用恰當的波形重建裝置我們就可可得到和原始的波形十分相象的波形。但是問題睦的是這樣簡單嗎？
現在我們設想在進行波形的數字化時仍然使用相同的采樣時鐘，但是將采樣點選在和原來略為不同的時刻，不定在信號的峰值點，這樣一來，信號的幅度信息就會嚴重失誤，甚至可能完全丟失，事實上。如果采樣點準確地取在信號地過零零碎碎點（見圖22下圖）那么由于所有的采樣取到的采值均為零零碎碎，我們將完全觀測不到信號。
圖22 用兩倍于信號頻率的采樣速率對正弦波進行采樣。
分別示出采樣點位于信號峰值點和采樣點接近信號過零零碎碎點兩種情況
示波器是用來研究信號的，為了很好的研究主事情不僅要求正確的表示信號頻率并且還要求準確地表示信號波形的幅度。從圖23可以看出，如果每個周期用三個采樣點對信號進行采樣。則再現的波形也會發生很大的失真。