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數(shù)字熒光示波器與示波器技術(shù)的發(fā)展
2016-02-09
數(shù)字熒光示波器DPO（DigitalphosphorOscilloscopes）是Tektronix公司新推陳出新出的一種示波器平臺(tái)，它具有數(shù)字存儲(chǔ)示波器DSO（DigitalStorageOscilloscopes）的各種傳統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)，從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到先進(jìn)的觸發(fā)功能，樣樣俱全，同時(shí)，它也具有模擬實(shí)時(shí)示波器ART（AnalyzedRealTime）的明暗顯示和實(shí)時(shí)特性，能以數(shù)字形式產(chǎn)生顯示效果優(yōu)于模擬示波器CRT（CathodeRayTube）的亮度漸次變化的化學(xué)熒光效果。
DPO在示波器技術(shù)上有了新的突破，能夠?qū)崟r(shí)顯示、存儲(chǔ)和分析復(fù)雜信號(hào)，利用三維信息（振幅、時(shí)間性及多層次輝度，用不同的輝度顯示幅度分量出現(xiàn)的頻率）充分展現(xiàn)信號(hào)的特征，尤其采用的數(shù)字熒光技術(shù)，通過(guò)多層次輝度或彩色能夠顯示長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)信號(hào)的變化情史。
DSO的自動(dòng)測(cè)量和波形存儲(chǔ)功能曾令許多工程師尺嘆不已，但人們不久就發(fā)現(xiàn)DSO在測(cè)量具有低頻調(diào)制的高頻信號(hào)時(shí)，由于其無(wú)法克服的混疊失真問(wèn)題，其謬之千里的顯示結(jié)果又讓人想到ART示波器的好處。
DPO不僅具有ART示波器的實(shí)時(shí)明暗度無(wú)混疊顯示能力，而且有DSO的自動(dòng)測(cè)量及波形存儲(chǔ)功能，在避免二者不足方面，還有很大的改進(jìn)。主要表現(xiàn)在：
（1）快速波形捕獲速率和超強(qiáng)顯示能力
數(shù)字熒光顯示技術(shù)的應(yīng)用使DPO能以不同的灰度或色彩同時(shí)顯示信號(hào)的多幅圖像。DPO每秒鐘表可記錄200000幅波形，其信號(hào)數(shù)據(jù)比一般的DSO多1000倍，每次可捕獲500000幅波形，這種快速波形捕獲速率結(jié)合高超的顯示能力，使DPO具有分析信號(hào)任何細(xì)節(jié)的性能。
（2）連續(xù)高速采樣能力
通常DSO因處理顯示數(shù)據(jù)在顯示兩幅波形之間有8ms的停滯時(shí)間，即使采用了instavuTM采樣技術(shù)的DSO這一時(shí)間也只能降低到1.7μs，ART示波器在回掃時(shí)間內(nèi)也不能捕捉波形信息而DPO能始終以最高采樣率對(duì)幾十萬(wàn)幅波形連續(xù)采樣，克服了其它示波器存在的停滯進(jìn)間問(wèn)題。DPO的采樣率一般每秒有幾個(gè)109次數(shù)，如此高的采樣率允許示波器有更大的帶寬。
2DPO的工作原理
數(shù)字熒光示波器的原理框圖如圖1所示，核心部件是由專用集成電路（ASIC）構(gòu)成的DPX波瑚成像處理器。
與DSO一樣，輸入信號(hào)首先經(jīng)放大和A/D變換后得到信號(hào)的采樣值，采樣值經(jīng)過(guò)DPX波形成像處理器的處理后形成一幅具有500*200像素、包含波形三維信息的完整流器波形圖，在不間斷捕獲過(guò)程的情況下，DPX成像處理器每秒向波形顯存儲(chǔ)器發(fā)送30幅波形圖，在微處理器的控制下，根據(jù)顯示存儲(chǔ)器的內(nèi)容，在顯示屏上得到采集到的波形圖。實(shí)現(xiàn)"信號(hào)數(shù)字化→圖形化→顯示"這樣一種波形顯示方式。與此同時(shí)，微處理器以并行方式執(zhí)行自動(dòng)測(cè)量及運(yùn)算功能。
由于DPO的數(shù)據(jù)采集和顯示體系分別獨(dú)立運(yùn)行，使得示波器能夠在處理顯示所需數(shù)據(jù)的同時(shí)，保持最高波形捕獲速率，這意味著示波器能不間斷地捕捉波形的所有細(xì)節(jié)。
DPX由數(shù)據(jù)采集器和稱為數(shù)字熒光器的動(dòng)態(tài)三維數(shù)據(jù)庫(kù)組成，它將光柵化功能（波莆圖像化）與快速波形捕獲速率有機(jī)地結(jié)合實(shí)際在一起，以500*200整數(shù)陣列累積信號(hào)信息，陣列中的每一個(gè)整數(shù)都代表DPO顯示中的一個(gè)像素，其數(shù)值的不同甘共苦導(dǎo)致顯示像點(diǎn)的亮度或色彩不同，隨著信號(hào)不斷地采樣，這一陣列也不斷得以更新，但與DSO不同，一個(gè)顯示周期（一幅波形圖）完成后，新顯示周期的采樣值并不沖掉上次顯示周期的數(shù)據(jù)，如果兩次采樣植具有相同的顯示點(diǎn)，則只改變對(duì)應(yīng)陣列點(diǎn)的值勤，這樣多幅波形圖就可累積顯示。當(dāng)多幅波形圖導(dǎo)致的顯示點(diǎn)不同時(shí)，陣列中各點(diǎn)的數(shù)據(jù)就不同，因此波形顯示亮度最高，偶爾出現(xiàn)的其它波形信息會(huì)以較低亮度得到顯示。
DPO工期作時(shí)以最大速率連續(xù)采樣，利用采樣之間的最小時(shí)間間隔發(fā)和生成一幅幅的波形圖，像ART示波器一樣（由于DPO應(yīng)用深度三維數(shù)據(jù)庫(kù)保存灰度信息，過(guò)去的波形信息并不丟失），可以觀察到長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)信號(hào)的變化情況。
3DPO的應(yīng)用
DPO功能強(qiáng)大可以完成復(fù)雜信號(hào)的捕獲、顯示、分析，加上靈活的角發(fā)方式和自動(dòng)數(shù)字測(cè)量功能使其成為測(cè)量領(lǐng)域的佼佼者。常用的TDS3000系列采樣率為1.25-5GS/s，帶寬顯100～500MHz，TDS500/700系列的采樣率為2～4GS/s，帶寬為0.5～2GHz.DPO有這樣優(yōu)越的性能，當(dāng)然不會(huì)有低廉的價(jià)格。為充分發(fā)揮DPO的性能，它主要用于復(fù)雜信號(hào)彈的檢測(cè)。
?。?）視頻應(yīng)用環(huán)境的信號(hào)檢測(cè)
這類測(cè)量領(lǐng)域面對(duì)的是由快速脈沖組成的長(zhǎng)"幀信號(hào)"，DSO為了捕獲整個(gè)信號(hào)的包絡(luò)，只能使用較慢的采樣率，俚較慢的采樣率會(huì)因缺少波形數(shù)據(jù)而產(chǎn)生混疊失真：ART示波器可顯示波輪廓，但不具備測(cè)量和分析功能，DPO尤其適合對(duì)這類信號(hào)的檢測(cè)。類似的信號(hào)如磁盤(pán)、光盤(pán)等到的讀出信號(hào)。
?。?）無(wú)線通訊設(shè)備中復(fù)雜數(shù)字調(diào)制信號(hào)的檢測(cè)
這類信號(hào)的復(fù)雜程度表現(xiàn)為非周期性信號(hào)，ART示波器上只能得到無(wú)法辯認(rèn)的模模糊糊的一條光帶，DSO因存儲(chǔ)深度有限難以提供有價(jià)值的信息，此時(shí)可發(fā)揮DPO的多幅波形捕獲能力。
（3）稀有事件重復(fù)頻率的檢測(cè)
這是DPO的數(shù)字熒光技術(shù)帶來(lái)的突出性能，通過(guò)觀察多幅波形中稀有事件的顯示亮度就可知在某段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)的頻度，必要時(shí)甚至可直接調(diào)出三維數(shù)據(jù)庫(kù)中的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì)。
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