等效采样（Equivalent Time Sampling，简称ETS）是一种用于测量高速周期性信号的技术，尤其在高频信号超出实时采样设备能力时使用。其核心思想是通过对多个信号周期的采样点进行组合，重构出一个周期内的完整波形，从而在采样率低于奈奎斯特频率的情况下实现对高速信号的准确测量。

工作原理：

1. 周期性假设：信号必须是重复的周期性信号（如时钟、射频载波等）。
2. 多次采样循环：
   • 每次信号周期触发时，仅采集少量离散点（通常1-2个点）。
   • 在后续周期中，通过微调采样时钟的相位延迟（时间偏移量），依次获取波形不同位置的采样点。
3. 重构波形：将不同周期采集的片段按时间顺序拼合，形成完整周期的等效高分辨率波形。

关键技术点：

• 时间精度依赖：采样点的时序精度由仪器内部时钟的相位控制精度决定，而非ADC的实时采样率。
• 采样方式分类：
  • 顺序等效采样：按固定时间间隔顺序偏移采样点。
  • 随机等效采样：随机控制采样相位，再通过算法排序重组信号。
• 限制：仅适用于稳定重复信号，无法捕捉单次瞬态事件。

应用场景：

1. 数字示波器：测量高频时钟、串行数据眼图（如USB、PCIe）。
2. 通信系统：分析射频信号调制质量。
3. 雷达与医疗成像：处理周期性脉冲信号。

对比实时采样（Real-Time Sampling）：

示例说明：

若测量一个 1 GHz 的方波信号（周期1 ns）：

• 实时采样：需要至少2 GS/s采样率才能重建波形（每周期2个点）。
• 等效采样：使用100 MS/s采样率，每次周期采集1个点：
  • 第1周期：在t=0 ns处采样；
  • 第2周期：延迟0.1 ns，在t=0.1 ns处采样；
  • ...
  • 经过10个周期后，可重建0~1 ns内间隔0.1 ns的10个点，分辨率显著提升。

等效采样通过“时间换带宽”的策略突破硬件限制，是处理高频周期信号的经济高效方案，但其依赖信号重复性的特点也限定了应用范围。实际使用时需根据信号特性选择采样模式。