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DPO與示波器技術(shù)的發(fā)展
摘要：介紹了數(shù)字熒光示波器的性能特點、工作原理及其應用，展望了示波器技術(shù)的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：儀器儀表 示波器 DPO
1 DPO的特點
數(shù)字熒光示波器DPO(Digital Phosphor Oscillosco-pes)是Tektronix公司新推出的一種示波器平臺，它具有數(shù)字存儲示波器DSO(Digital Storage Oscilloscopes)的各種傳統(tǒng)優(yōu)點，從數(shù)據(jù)存儲到先進的觸發(fā)功能，樣樣俱全。同時，它也具有模擬實時示波器．ART(AnalogReal Time)的明暗顯示和實時特性，能以數(shù)字形式產(chǎn)生顯示效果優(yōu)于模擬示波器CRT(Cathode Ray Tube)的亮度漸次變化的化學熒光效果。
DPO在示波器技術(shù)上有了新的突破，能夠?qū)崟r顯示、存儲和分析復雜信號，利用三維信息(振幅、時間、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)信號的特征，尤其采用的數(shù)字熒光技術(shù)，通過多層次輝度或彩色能夠顯示長時間內(nèi)信號的變化情況。
DSO的自動測量和波形存儲功能曾令許多工程師驚嘆不已，但人們不久就發(fā)現(xiàn)DSO在測量具有低頻調(diào)制的高頻信號時，由于其無法克服的混疊失真問題，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示波器的實時明暗度無混疊顯示能力，而且有DSO的自動測量及波形存儲功能，在避免二者不足方面，還有很大的改進。主要表現(xiàn)在：
(1)快速波形捕獲速率和超強顯示能力
數(shù)字熒光顯示技術(shù)的應用使DPO能以不同的灰度或色彩同時顯示信號的多幅圖像。DPO每秒鐘可記錄200000幅波形，其信號數(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具有分析信號任何細節(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的停滯時間，即使采用了instavu采樣技術(shù)的DSO這一時間也只能降低到1．7Us，ART示波器在回掃時間內(nèi)也不能捕捉波形信息，而DPO能始終以最高采樣率對幾十萬幅波形連續(xù)采樣，克服了其它示波器存在的停滯時間問題。DPO的采樣率一般每秒有幾個109次，如此高的采樣率允許示波器有更大的帶寬。
2 DPO的工作原理
數(shù)字熒光示波器的原理框圖如圖l所示，核心部件是由專用集成電路(ASIC)構(gòu)成的DPX波形成像處理器。
與DSO一樣，輸入信號首先經(jīng)放大和A／D變換后得到信號的采樣值，采樣值經(jīng)過DPX波形成像處理器的處理后形成一幅具有500x200像素、包含波形三維信息的完整波形圖，在不間斷捕獲過程的情況下，DPX成像處理器每秒向波形顯示存儲器發(fā)送30幅波形圖，在微處理器的控制下，根據(jù)顯示存儲器的內(nèi)容，在顯示屏上得到采集到的波形圖。實現(xiàn)“信號數(shù)字化-圖形化-顯示”這樣一種波形顯示方式。與此同時，微處理器以并行方式執(zhí)行自動測量及運算功能。
由于DPO的數(shù)據(jù)采集和顯示體系分別獨立運行，使得示波器能夠在處理顯示所需數(shù)據(jù)的同時，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節(jié)。
DPX由數(shù)據(jù)采集器和稱為數(shù)字熒光器的動態(tài)三維數(shù)據(jù)庫組成。它將光柵化功能(波形圖像化)與快速波形捕獲速率有機地結(jié)合在一起，以500x200整數(shù)陣列累積信號信息，陣列中的每一個整數(shù)都代表DPO顯示中的一個像素，其數(shù)值的不同導致顯示像點的亮度或色彩不同。隨著信號不斷地采樣，這一陣列也不斷得以更新，但與DSO不同，一個顯示周期(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)，如果兩次采樣值具有相同的顯示點，則只改變對應陣列點的值，這樣多幅波形圖就可累積顯示。當多幅波形圖導致的顯示點不同時，陣列中各點的數(shù)據(jù)就不同，因此波形顯示中會出現(xiàn)不同的亮度等級或色彩，重復出現(xiàn)的信號點其顯示亮度最高，偶爾出現(xiàn)的其它波形信息會以較低亮度得到顯示。
DPO工作時以最大速率連續(xù)采樣，利用采樣之間的最小時間間隔觸發(fā)和生成一幅幅的波形圖，像ART’示波器一樣(由于DPO應用深度三維數(shù)據(jù)庫保存灰度信息，過去的波形信息并不丟失)，可以觀察到長時間內(nèi)信號的變化情況。
3 DPO的應用
DPO功能強大，可以完成復雜信號的捕獲、顯示、分析，加上靈活的觸發(fā)方式和自動數(shù)字測量功能使其成為測量領(lǐng)域的佼佼者。常用的TDS3000系列采樣率為1.25～5GS／s，帶寬為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，當然不會有低廉的價格。為充分發(fā)揮DPO的性能，它主要用于復雜信號的檢測。
(1)視頻應用環(huán)境的信號檢測
這類測量領(lǐng)域面對的是由快速脈沖組成的長“幀信號”。DSO為了捕獲整個信號的包絡(luò)，只能使用較慢的采樣率，但較慢的采樣率會因缺少波形數(shù)據(jù)而產(chǎn)生混疊失真；ART示波器可顯示波形輪廓，但不具備測量和分析功能，DPO尤其適合對這類信號的檢測。類似的信號如磁盤、光盤等的讀出信號。
(2)無線通訊設(shè)備中復雜數(shù)字調(diào)制信號的檢測
這類信號的復雜程度表現(xiàn)為非周期性信號，ART。示波器上只能得到無法辨認的模模糊糊的一條光帶，DSO因存儲深度有限難以提供有價值的信息，此時可發(fā)揮DPO的多幅波形捕獲能力。
(3)稀有事件重復頻率的檢測
這是DPO的數(shù)字熒光技術(shù)帶來的突出性能，通過觀察多幅波形中稀有事件的顯示亮度就可知其在某段時間內(nèi)出現(xiàn)的頻度，必要時甚至可直接調(diào)出三維數(shù)據(jù)庫中的波形數(shù)據(jù)進行詳細統(tǒng)計。
4 示波器技術(shù)的發(fā)展
電子測量的主要問題是解決“信號存在”和“信號定量分析”。對復雜信號的存在檢測和定量分析是示波器的首要任務(wù)，DPO正是在解決這一測量問題中發(fā)展起來的一種新型示波器技術(shù)，在某種程度上，展現(xiàn)了示波器技術(shù)的發(fā)展趨勢。
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