數字熒光示波器結構融合模擬示波器和數字示波器的優(yōu)勢
加入技術(shù)交流群
這是因為這兩個(gè)平臺都具有各自的優(yōu)勢。DSO同時(shí)提供了多通道操作及測量自動(dòng)化和波形存儲功能。
模擬示波器的灰度顯示器及變化的亮度和連續采集功能，天生就給查看的波形帶來(lái)了實(shí)時(shí)"統計"功能。它突出顯示發(fā)生最頻繁的信號部分，但模擬示波器缺乏DSO的存儲能力和其它功能。工程師一直不能完全依賴(lài)其中一種示波器結構，滿(mǎn)足所有信號檢定需求。
DPO: 在結構上實(shí)現重大突破
泰克新推出的示波器平臺-數字熒光示波器(DPO)同時(shí)融合了模擬領(lǐng)域和數字領(lǐng)域的優(yōu)勢，并超越了這兩種技術(shù)。工程師現在可以使用一臺儀器，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量期間分布的強度軸。
數字熒光示波器不亞于任何一種重大的測量技術(shù)突破。從數字存儲到完善的觸發(fā)功能，它提供了DSO結構的所有優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)以數字方式仿真在模擬示波器CRT中產(chǎn)生強度漸變的化學(xué)熒光工藝，它滿(mǎn)足了對模擬式特點(diǎn)的需求，如灰度顯示和實(shí)時(shí)操作。它把數字示波器轉換成一種通用的波形采集儀器。
圖1. DPO系統簡(jiǎn)化的方框圖
泰克利用其在數字實(shí)時(shí)采集和InstaVuTM采集等DSO先進(jìn)技術(shù)中的經(jīng)驗，為DPO創(chuàng )造出顯著(zhù)的性能。圖1是DPO系統簡(jiǎn)化的方框圖。
數字熒光示波器可以連續把波形采集到三維數據庫中，同時(shí)更新顯示屏，因為它采用并行處理結構，集成了顯示屏和采集系統。注意，顯示管理任務(wù)不會(huì )給DPO的系統處理器帶來(lái)負擔。處理器專(zhuān)用于測量自動(dòng)化和分析工作。這與典型的DSO有著(zhù)很大的區別，在典型DSO中，到達顯示屏的每個(gè)數據位都必須通過(guò)處理器，而處理器還負責執行計算、管理示波器的用戶(hù)界面等任務(wù)。
圖2. DPO波形圖像，說(shuō)明軌跡強度怎樣揭示發(fā)生的頻率
DPO的核心是DPXTM波形圖像處理器，這是一種專(zhuān)有的ASIC，把數字化波形光柵化到動(dòng)態(tài)的三維數據庫，稱(chēng)為數字熒光示波器。DPX在500 x 200整數陣列中積累信號信息。陣列中的每個(gè)整數表示DPO顯示器中的一個(gè)像素。如果信號一次又一次地流經(jīng)一個(gè)點(diǎn)，其陣列位置將重復更新，以強調這一情況。在由許多樣點(diǎn)組成的時(shí)間跨度上，陣列建立詳細的信號完整性圖。結果會(huì )得到一個(gè)波形軌跡，其強度與在每個(gè)點(diǎn)上信號發(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允許使用顏色表達灰色水平。圖2使用來(lái)自亞穩定電路的波形，表示這一效果。強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計方式表示軌跡本身中的強度信息。
 |
圖3.A) 模擬示波器是認可的波形廓線(xiàn); |
|
| 圖3.B) 捕獲整個(gè)信號包絡(luò )需要較低的取樣速率，這導致的假信號使視頻信號的DSO顯示失真; |
 |
圖3.C) DPO顯示了沒(méi)有假信號的視頻波形；波形的許多部分被加強，表明信號在這些點(diǎn)上用了更多的時(shí)間。 |
DPO工作模型依賴(lài)其杰出的顯示樣點(diǎn)密度，實(shí)時(shí)顯示信號操作。傳統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 )忽略當時(shí)發(fā)生的所有信號操作。相比之下，DPO利用泰克經(jīng)過(guò)驗證的信號捕獲專(zhuān)利技術(shù)-InstaVu采集技術(shù)，明顯降低了采集之間的空轉時(shí)間。DPO每秒可以記錄最多200,000個(gè)波形，比普通DSO記錄的信號數據高出1000倍。新的數字熒光快照每隔1/30秒發(fā)送到顯示屏上，而不會(huì )中斷采集過(guò)程。結果，圖像與波形操作實(shí)時(shí)對應，豐富的數據可以準確地表示波形。
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(lài)許多累積的數據"屏幕"，需要時(shí)間重新采集和計算顯示結果。另一方面，DPO把顯示和采集系統集成起來(lái)，實(shí)時(shí)顯示三維信號信息，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)勢的平臺，而沒(méi)有它們的缺點(diǎn)，并且超越了這兩種設備。
驗證這一點(diǎn)的最佳方式是查看某些實(shí)際環(huán)境中的測量實(shí)例。
 |
| 圖4. 泰克DPO屏幕上看到的QAM星座圖。DPO連續采集功能提供了動(dòng)態(tài)、準確的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則的瞬變。 |
 |
圖6. 數字熒光陣列中的波形數據的三維視圖。發(fā)生頻率用圖形中的Z軸表示。 |
正常程序是把DSO的時(shí)基(因此其取樣速率)設置成足夠慢的水平速率，以采集整個(gè)信號包絡(luò )。在DSO上，低速的取樣速率會(huì )在信號內部各個(gè)較快的脈沖上產(chǎn)生假信號 - 這是使用相對于被測頻率，取樣速率太慢的副產(chǎn)物。結果是波形幾乎失真到不能識別的程度，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(lèi)信號。圖3a中的模擬顯示被視為"正確的"波形廓線(xiàn)。但是，ART不能存儲、自動(dòng)測量和分析信號。
DPO提供了充足的波形數據，每秒可以向顯示器發(fā)送1億個(gè)樣點(diǎn)，解決了假信號的問(wèn)題。得到的波形(圖3c)清楚全面，盡管它是在低速時(shí)基設置上采集的。注意，在圖3c中，許多波形部分被加強了，表明信號在這些點(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，所示的信號是一個(gè)穩定的測試碼型。如果它是動(dòng)態(tài)變化的實(shí)況視頻信號，DSO顯示會(huì )進(jìn)一步偏離實(shí)際情況。
假信號已經(jīng)困擾了DSO許多年。視頻測量、磁盤(pán)驅動(dòng)器讀通道測量、無(wú)線(xiàn)通信信號和要求捕獲由快速脈沖組成的長(cháng)"分組"的其它測量，都使得工程師一直緊緊抓著(zhù)ART示波器不肯放手。泰克DPO的出現，最終可以解決數字示波器的假信號效應。
最終結果：具有真正的XY模式的數字示波器。沒(méi)有什么東西可以代替示波器中真正的XY測量功能。在XY模式下，通過(guò)把一個(gè)信號饋送到正常的垂直輸入中，把另一個(gè)信號輸送到水平輸入中，來(lái)比較兩個(gè)信號的相位關(guān)系。XY模式是模擬示波器的一個(gè)傳統優(yōu)勢，同時(shí)該模式具有實(shí)時(shí)數據流量要求，這也正是DSO的缺點(diǎn)。
但是，當前無(wú)線(xiàn)通信中復雜的數字調制的信號需要數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)的耳垂清楚穩定。這是因為DPO以10.4M樣點(diǎn)/秒的速率把樣點(diǎn)連續提取到數字熒光中，它以1M像素/秒的速率、連續把該信息掃描到顯示器上。這種連續采集功能提供了動(dòng)態(tài)、準確的XY顯示畫(huà)面。
DSO不能產(chǎn)生這樣一個(gè)顯示畫(huà)面。DSO沒(méi)有提供足夠的樣點(diǎn)密度或連續采集能力。此外，DPO的顏色漸變提供的分辨率要優(yōu)于A(yíng)RT的單色灰度。
揭示隨機事件和不頻繁的事件。 DPO能夠捕獲隨機事件或不頻繁的事件，特別適合調試最先進(jìn)的電子設計。這里，DPO杰出的顯示樣點(diǎn)密度再次意味著(zhù)示波器要花多得多的時(shí)間，積極地采集數據，而不是處理數據進(jìn)行顯示。這意味著(zhù)偶爾的瞬時(shí)事件被忽略的可能性大大降低。另外，相對于屏幕上的其它信號成分，灰度功能突出了這些瞬時(shí)信號的頻繁程度。
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。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。檢測這種畸變的能力在檢修應用中特別有用。
全新水平的數據分析。由于DPO在動(dòng)態(tài)的三維數據庫中存儲波形數據，因此可以簡(jiǎn)便地推導得出與信號有關(guān)的統計信息。DPO的內部直方圖功能收集與傳送中的信號分布或存儲波形有關(guān)的量化信息。還可以通過(guò)示波器的GPIB端口，把三維數據庫導出到外部PC上進(jìn)行分析，包括三維繪圖。這些數據提供了一個(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，可以使用顏色增強顯示效果。圖6是得到的圖形。
結論
泰克的新型數字熒光示波器在一種強大的采集技術(shù)中，同時(shí)融合了模擬示波器和數字示波器的優(yōu)勢。這一測量工具要優(yōu)于模擬示波器和數字示波器，因為它可以以前所未有的方式考察信號操作。任何現有的示波器結構(不管是模擬示波器還是數字示波器)都不能實(shí)現數字熒光示波器的功能。
評論