摘要：介紹了數(shù)字熒光示波器的性能特點(diǎn)、工作原理及其應(yīng)用，展望了示波器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

　　關(guān)鍵詞：sci論文發(fā)表,儀器儀表,示波器,DPO

　　1 DPO的特點(diǎn)

　　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(tái)，它具有數(shù)字存儲(chǔ)示波器DSO(Digital Storage Oscilloscopes)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(AnalogReal Time)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(Cathode Ray Tube)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、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)的變化情況。

　　DSO的自動(dòng)測(cè)量和波形存儲(chǔ)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(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instavu采樣技術(shù)的DSO這一時(shí)間也只能降低到1.7Us，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時(shí)間問(wèn)題。DPO的采樣率一般每秒有幾個(gè)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(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500x200像素、包含波形三維信息的完整波形圖，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示存儲(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(波形圖像化)與快速波形捕獲速率有機(jī)地結(jié)合在一起，以500x200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)，如果兩次采樣值具有相同的顯示點(diǎn)，則只改變對(duì)應(yīng)陣列點(diǎn)的值，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，因此波形顯示中會(huì)出現(xiàn)不同的亮度等級(jí)或色彩，重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)點(diǎn)其顯示亮度最高，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)間間隔觸發(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。

　　3 DPO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，加上靈活的觸發(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(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)的檢測(cè)。

　　(1)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，但較慢的采樣率會(huì)因缺少波形數(shù)據(jù)而產(chǎn)生混疊失真;ART示波器可顯示波形輪廓，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、光盤等的讀出信號(hào)。

　　(2)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)法辨認(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其在某段時(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)。

　　4 示波器技術(shù)的發(fā)展

　　電子測(cè)量的主要問(wèn)題是解決“信號(hào)存在”和“信號(hào)定量分析”。對(duì)復(fù)雜信號(hào)的存在檢測(cè)和定量分析是示波器的首要任務(wù)，DPO正是在解決這一測(cè)量問(wèn)題中發(fā)展起來(lái)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(shì)。

　　(1)完全數(shù)字化設(shè)計(jì)

　　數(shù)字熒光示波器優(yōu)于模擬、勝于數(shù)字的突出功能很大程度上是因其采用了數(shù)字熒光技術(shù)。“信號(hào)存在”是電子測(cè)量的基礎(chǔ)，只有證實(shí)了信號(hào)的存在才能對(duì)其進(jìn)行定量分析，ART示波器的余輝顯示在證實(shí)信號(hào)存在方面雖具有突出的優(yōu)勢(shì)，但DPO不是簡(jiǎn)單地仿真ART示波器的灰度顯示功能，是以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建的具有模擬效果的一種新型示波器顯示方式(信號(hào)數(shù)字化-圖形化-顯示)。全數(shù)字化設(shè)計(jì)突破傳統(tǒng)模擬仿真的舊模式，創(chuàng)建了以數(shù)據(jù)處理技術(shù)為基礎(chǔ)的儀器設(shè)計(jì)新概念。

　　(2)虛擬與現(xiàn)實(shí)的有機(jī)結(jié)合

　　數(shù)字熒光示波器的核心部件DPX數(shù)字成像處理器，其關(guān)鍵技術(shù)是硬件三維動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫。由于DPO的顯示方式同計(jì)算機(jī)的顯示方式完全相同，是基于計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)的儀器，如果計(jì)算機(jī)的速度足夠快，完全可以由虛擬儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)。DPO正是基于虛擬儀器原理，通過(guò)專用芯片完成大量的數(shù)據(jù)處理功能，進(jìn)而構(gòu)成的儀器系統(tǒng)。這類儀器因其運(yùn)算速度快具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，它的便攜性克服了虛擬儀器不利現(xiàn)場(chǎng)使用的缺點(diǎn)，體現(xiàn)了現(xiàn)代儀器的發(fā)展方向。