數(shù)字熒光示波器結(jié)構(gòu)融合模擬示波器和數(shù)字示波器的優(yōu)勢(shì)

這是因?yàn)檫@兩個(gè)平臺(tái)都具有各自的優(yōu)勢(shì)。DSO同時(shí)提供了多通道操作及測(cè)量自動(dòng)化和波形存儲(chǔ)功能。

模擬示波器的灰度顯示器及變化的亮度和連續(xù)采集功能，天生就給查看的波形帶來(lái)了實(shí)時(shí)"統(tǒng)計(jì)"功能。它突出顯示發(fā)生最頻繁的信號(hào)部分，但模擬示波器缺乏DSO的存儲(chǔ)能力和其它功能。工程師一直不能完全依賴其中一種示波器結(jié)構(gòu)，滿足所有信號(hào)檢定需求。

DPO: 在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)重大突破

泰克新推出的示波器平臺(tái)-數(shù)字熒光示波器(DPO)同時(shí)融合了模擬領(lǐng)域和數(shù)字領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)，并超越了這兩種技術(shù)。工程師現(xiàn)在可以使用一臺(tái)儀器，捕獲與波形有關(guān)的所有重要信息：幅度、頻率和揭示幅度在測(cè)量期間分布的強(qiáng)度軸。

數(shù)字熒光示波器不亞于任何一種重大的測(cè)量技術(shù)突破。從數(shù)字存儲(chǔ)到完善的觸發(fā)功能，它提供了DSO結(jié)構(gòu)的所有優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)以數(shù)字方式仿真在模擬示波器CRT中產(chǎn)生強(qiáng)度漸變的化學(xué)熒光工藝，它滿足了對(duì)模擬式特點(diǎn)的需求，如灰度顯示和實(shí)時(shí)操作。它把數(shù)字示波器轉(zhuǎn)換成一種通用的波形采集儀器。

圖1. DPO系統(tǒng)簡(jiǎn)化的方框圖

泰克利用其在數(shù)字實(shí)時(shí)采集和InstaVuTM采集等DSO先進(jìn)技術(shù)中的經(jīng)驗(yàn)，為DPO創(chuàng)造出顯著的性能。圖1是DPO系統(tǒng)簡(jiǎn)化的方框圖。

數(shù)字熒光示波器可以連續(xù)把波形采集到三維數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)更新顯示屏，因?yàn)樗捎貌⑿刑幚斫Y(jié)構(gòu)，集成了顯示屏和采集系統(tǒng)。注意，顯示管理任務(wù)不會(huì)給DPO的系統(tǒng)處理器帶來(lái)負(fù)擔(dān)。處理器專用于測(cè)量自動(dòng)化和分析工作。這與典型的DSO有著很大的區(qū)別，在典型DSO中，到達(dá)顯示屏的每個(gè)數(shù)據(jù)位都必須通過(guò)處理器，而處理器還負(fù)責(zé)執(zhí)行計(jì)算、管理示波器的用戶界面等任務(wù)。

圖2. DPO波形圖像，說(shuō)明軌跡強(qiáng)度怎樣揭示發(fā)生的頻率

DPO的核心是DPXTM波形圖像處理器，這是一種專有的ASIC，把數(shù)字化波形光柵化到動(dòng)態(tài)的三維數(shù)據(jù)庫(kù)，稱為數(shù)字熒光示波器。DPX在500 x 200整數(shù)陣列中積累信號(hào)信息。陣列中的每個(gè)整數(shù)表示DPO顯示器中的一個(gè)像素。如果信號(hào)一次又一次地流經(jīng)一個(gè)點(diǎn)，其陣列位置將重復(fù)更新，以強(qiáng)調(diào)這一情況。在由許多樣點(diǎn)組成的時(shí)間跨度上，陣列建立詳細(xì)的信號(hào)完整性圖。結(jié)果會(huì)得到一個(gè)波形軌跡，其強(qiáng)度與在每個(gè)點(diǎn)上信號(hào)發(fā)生的頻率成比例變化，這種"灰度"就象模擬實(shí)時(shí)示波器一樣。但與ART不同的是，DPO允許使用顏色表達(dá)灰色水平。圖2使用來(lái)自亞穩(wěn)定電路的波形，表示這一效果。強(qiáng)度水平明確表示屏幕上每個(gè)點(diǎn)發(fā)生的頻率。主要軌跡上面的直方圖以統(tǒng)計(jì)方式表示軌跡本身中的強(qiáng)度信息。

圖3.A) 模擬示波器是認(rèn)可的波形廓線;

圖3.B) 捕獲整個(gè)信號(hào)包絡(luò)需要較低的取樣速率，這導(dǎo)致的假信號(hào)使視頻信號(hào)的DSO顯示失真;

圖3.C) DPO顯示了沒(méi)有假信號(hào)的視頻波形；波形的許多部分被加強(qiáng)，表明信號(hào)在這些點(diǎn)上用了更多的時(shí)間。

DPO工作模型依賴其杰出的顯示樣點(diǎn)密度，實(shí)時(shí)顯示信號(hào)操作。傳統(tǒng)DSO只在很短的時(shí)間上取樣，其占總時(shí)間的比例不到1%。其余時(shí)間花在匯編顯示窗口上，這偶爾會(huì)忽略當(dāng)時(shí)發(fā)生的所有信號(hào)操作。相比之下，DPO利用泰克經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的信號(hào)捕獲專利技術(shù)-InstaVu采集技術(shù)，明顯降低了采集之間的空轉(zhuǎn)時(shí)間。DPO每秒可以記錄最多200,000個(gè)波形，比普通DSO記錄的信號(hào)數(shù)據(jù)高出1000倍。新的數(shù)字熒光快照每隔1/30秒發(fā)送到顯示屏上，而不會(huì)中斷采集過(guò)程。結(jié)果，圖像與波形操作實(shí)時(shí)對(duì)應(yīng)，豐富的數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確地表示波形。

DSO中有時(shí)使用"余輝"模式，模擬灰度。但余輝顯示由后期處理正常采集的波形創(chuàng)建，而不是實(shí)時(shí)采集的波形。余輝依賴許多累積的數(shù)據(jù)"屏幕"，需要時(shí)間重新采集和計(jì)算顯示結(jié)果。另一方面，DPO把顯示和采集系統(tǒng)集成起來(lái)，實(shí)時(shí)顯示三維信號(hào)信息，可以在屏幕上立即查看這些信息。

在實(shí)際環(huán)境中使用DPO

我們已經(jīng)看到，ART和DSO都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。DPO第一次提供了一個(gè)同時(shí)融合所有優(yōu)勢(shì)的平臺(tái)，而沒(méi)有它們的缺點(diǎn)，并且超越了這兩種設(shè)備。

驗(yàn)證這一點(diǎn)的最佳方式是查看某些實(shí)際環(huán)境中的測(cè)量實(shí)例。

圖4. 泰克DPO屏幕上看到的QAM星座圖。DPO連續(xù)采集功能提供了動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確的XY顯示。

圖5. 顯示中心脈沖模糊的畸變發(fā)生的頻率要低于正常脈沖形狀。這種看得到的情況迅速揭示了不規(guī)則的瞬變。

圖6. 數(shù)字熒光陣列中的波形數(shù)據(jù)的三維視圖。發(fā)生頻率用圖形中的Z軸表示。

為捕獲長(zhǎng)時(shí)間間隔的信號(hào)提供的解決方案。使用DSO原原本本地捕獲由時(shí)期相對(duì)較長(zhǎng)的多個(gè)成分組成的分組化信號(hào)非常困難。其中一個(gè)實(shí)例是圖3a中的復(fù)合視頻信號(hào)。它要求捕獲很長(zhǎng)的時(shí)間間隔 (從而使用低速時(shí)基設(shè)置)，以了解整個(gè)包絡(luò)的特點(diǎn)。但是，為了捕獲各個(gè)脈沖細(xì)節(jié)，必需使用快速時(shí)基設(shè)置。

正常程序是把DSO的時(shí)基(因此其取樣速率)設(shè)置成足夠慢的水平速率，以采集整個(gè)信號(hào)包絡(luò)。在DSO上，低速的取樣速率會(huì)在信號(hào)內(nèi)部各個(gè)較快的脈沖上產(chǎn)生假信號(hào) - 這是使用相對(duì)于被測(cè)頻率，取樣速率太慢的副產(chǎn)物。結(jié)果是波形幾乎失真到不能識(shí)別的程度，如圖3b所示。更糟糕的是，與實(shí)際頻率相比，波形的頻率似乎會(huì)較低。

到目前為止，解決方法一直是使用模擬示波器查看這類信號(hào)。圖3a中的模擬顯示被視為"正確的"波形廓線。但是，ART不能存儲(chǔ)、自動(dòng)測(cè)量和分析信號(hào)。

DPO提供了充足的波形數(shù)據(jù)，每秒可以向顯示器發(fā)送1億個(gè)樣點(diǎn)，解決了假信號(hào)的問(wèn)題。得到的波形(圖3c)清楚全面，盡管它是在低速時(shí)基設(shè)置上采集的。注意，在圖3c中，許多波形部分被加強(qiáng)了，表明信號(hào)在這些點(diǎn)上用了更多的時(shí)間。信息的這個(gè)軸在實(shí)時(shí)的DSO顯示中完全缺失了。另外注意，所示的信號(hào)是一個(gè)穩(wěn)定的測(cè)試碼型。如果它是動(dòng)態(tài)變化的實(shí)況視頻信號(hào)，DSO顯示會(huì)進(jìn)一步偏離實(shí)際情況。

假信號(hào)已經(jīng)困擾了DSO許多年。視頻測(cè)量、磁盤驅(qū)動(dòng)器讀通道測(cè)量、無(wú)線通信信號(hào)和要求捕獲由快速脈沖組成的長(zhǎng)"分組"的其它測(cè)量，都使得工程師一直緊緊抓著ART示波器不肯放手。泰克DPO的出現(xiàn)，最終可以解決數(shù)字示波器的假信號(hào)效應(yīng)。

最終結(jié)果：具有真正的XY模式的數(shù)字示波器。沒(méi)有什么東西可以代替示波器中真正的XY測(cè)量功能。在XY模式下，通過(guò)把一個(gè)信號(hào)饋送到正常的垂直輸入中，把另一個(gè)信號(hào)輸送到水平輸入中，來(lái)比較兩個(gè)信號(hào)的相位關(guān)系。XY模式是模擬示波器的一個(gè)傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)該模式具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流量要求，這也正是DSO的缺點(diǎn)。

但是，當(dāng)前無(wú)線通信中復(fù)雜的數(shù)字調(diào)制的信號(hào)需要數(shù)字示波器提供額外的功能，如帶寬、觸發(fā)、分析等等。

圖4是泰克DPO捕獲的QAM星座圖。描述90度相移點(diǎn)的耳垂清楚穩(wěn)定。這是因?yàn)镈PO以10.4M樣點(diǎn)/秒的速率把樣點(diǎn)連續(xù)提取到數(shù)字熒光中，它以1M像素/秒的速率、連續(xù)把該信息掃描到顯示器上。這種連續(xù)采集功能提供了動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確的XY顯示畫面。

DSO不能產(chǎn)生這樣一個(gè)顯示畫面。DSO沒(méi)有提供足夠的樣點(diǎn)密度或連續(xù)采集能力。此外，DPO的顏色漸變提供的分辨率要優(yōu)于ART的單色灰度。

揭示隨機(jī)事件和不頻繁的事件。 DPO能夠捕獲隨機(jī)事件或不頻繁的事件，特別適合調(diào)試最先進(jìn)的電子設(shè)計(jì)。這里，DPO杰出的顯示樣點(diǎn)密度再次意味著示波器要花多得多的時(shí)間，積極地采集數(shù)據(jù)，而不是處理數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。這意味著偶爾的瞬時(shí)事件被忽略的可能性大大降低。另外，相對(duì)于屏幕上的其它信號(hào)成分，灰度功能突出了這些瞬時(shí)信號(hào)的頻繁程度。

圖5是由廣泛分開(kāi)的脈沖及間歇性噪聲和瞬時(shí)事件組成的信號(hào)。注意，顯示中心脈沖中模糊的畸變，這是變化的脈沖，其發(fā)生的頻率要低于正常脈沖波形。檢測(cè)這種畸變的能力在檢修應(yīng)用中特別有用。

全新水平的數(shù)據(jù)分析。由于DPO在動(dòng)態(tài)的三維數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)波形數(shù)據(jù)，因此可以簡(jiǎn)便地推導(dǎo)得出與信號(hào)有關(guān)的統(tǒng)計(jì)信息。DPO的內(nèi)部直方圖功能收集與傳送中的信號(hào)分布或存儲(chǔ)波形有關(guān)的量化信息。還可以通過(guò)示波器的GPIB端口，把三維數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)出到外部PC上進(jìn)行分析，包括三維繪圖。這些數(shù)據(jù)提供了一個(gè)三維視圖，其中發(fā)生頻率用圖形中的Z軸表示。與DPO屏幕顯示一樣，可以使用顏色增強(qiáng)顯示效果。圖6是得到的圖形。

結(jié)論

泰克的新型數(shù)字熒光示波器在一種強(qiáng)大的采集技術(shù)中，同時(shí)融合了模擬示波器和數(shù)字示波器的優(yōu)勢(shì)。這一測(cè)量工具要優(yōu)于模擬示波器和數(shù)字示波器，因?yàn)樗梢砸郧八从械姆绞娇疾煨盘?hào)操作。任何現(xiàn)有的示波器結(jié)構(gòu)(不管是模擬示波器還是數(shù)字示波器)都不能實(shí)現(xiàn)數(shù)字熒光示波器的功能。