数字荧光示波器结构融合模拟示波器和数字示波器的优势

2011-12-12 14:43:16来源: 互联网
数字存储示波器(DSO)现在已经摆到几乎每个工程师的工作台上。但是,许多DSO仍与模拟实时(ART)示波器放在一起。为什么呢?

这是因为这两个平台都具有各自的优势。DSO同时提供了多通道操作及测量自动化和波形存储功能。

模拟示波器的灰度显示器及变化的亮度和连续采集功能,天生就给查看的波形带来了实时"统计"功能。它突出显示发生最频繁的信号部分,但模拟示波器缺乏DSO的存储能力和其它功能。工程师一直不能完全依赖其中一种示波器结构,满足所有信号检定需求。

DPO: 在结构上实现重大突破

泰克新推出的示波器平台-数字荧光示波器(DPO)同时融合了模拟领域和数字领域的优势,并超越了这两种技术。工程师现在可以使用一台仪器,捕获与波形有关的所有重要信息:幅度、频率和揭示幅度在测量期间分布的强度轴。

数字荧光示波器不亚于任何一种重大的测量技术突破。从数字存储到完善的触发功能,它提供了DSO结构的所有优点。通过以数字方式仿真在模拟示波器CRT中产生强度渐变的化学荧光工艺,它满足了对模拟式特点的需求,如灰度显示和实时操作。它把数字示波器转换成一种通用的波形采集仪器。

 

图1. DPO系统简化的方框图

泰克利用其在数字实时采集和InstaVuTM采集等DSO先进技术中的经验,为DPO创造出显著的性能。图1是DPO系统简化的方框图。

 数字荧光示波器可以连续把波形采集到三维数据库中,同时更新显示屏,因为它采用并行处理结构,集成了显示屏和采集系统。注意,显示管理任务不会给DPO的系统处理器带来负担。处理器专用于测量自动化和分析工作。这与典型的DSO有着很大的区别,在典型DSO中,到达显示屏的每个数据位都必须通过处理器,而处理器还负责执行计算、管理示波器的用户界面等任务。

 

图2. DPO波形图像,说明轨迹强度怎样揭示发生的频率


DPO的核心是DPXTM波形图像处理器,这是一种专有的ASIC,把数字化波形光化到动态的三维数据库,称为数字荧光示波器。DPX在500 x 200整数阵列中积累信号信息。阵列中的每个整数表示DPO显示器中的一个像素。如果信号一次又一次地流经一个点,其阵列位置将重复更新,以强调这一情况。在由许多样点组成的时间跨度上,阵列建立详细的信号完整性图。结果会得到一个波形轨迹,其强度与在每个点上信号发生的频率成比例变化,这种"灰度"就象模拟实时示波器一样。但与ART不同的是,DPO允许使用颜色表达灰色水平。图2使用来自亚稳定电路的波形,表示这一效果。强度水平明确表示屏幕上每个点发生的频率。主要轨迹上面的直方图以统计方式表示轨迹本身中的强度信息。

 图3.A) 模拟示波器是认可的波形廓线;

图3.B) 捕获整个信号包络需要较低的取样速率,这导致的假信号使视频信号的DSO显示失真;

图3.C) DPO显示了没有假信号的视频波形;波形的许多部分被加强,表明信号在这些点上用了更多的时间。

DPO工作模型依赖其杰出的显示样点密度,实时显示信号操作。传统DSO只在很短的时间上取样,其占总时间的比例不到1%。其余时间花在汇编显示窗口上,这偶尔会忽略当时发生的所有信号操作。相比之下,DPO利用泰克经过验证的信号捕获专利技术-InstaVu采集技术,明显降低了采集之间的空转时间。DPO每秒可以记录最多200,000个波形,比普通DSO记录的信号数据高出1000倍。新的数字荧光快照每隔1/30秒发送到显示屏上,而不会中断采集过程。结果,图像与波形操作实时对应,丰富的数据可以准确地表示波形。

DSO中有时使用"余辉"模式,模拟灰度。但余辉显示由后期处理正常采集的波形创建,而不是实时采集的波形。余辉依赖许多累积的数据"屏幕",需要时间重新采集和计算显示结果。另一方面,DPO把显示和采集系统集成起来,实时显示三维信号信息,可以在屏幕上立即查看这些信息。

在实际环境中使用DPO

我们已经看到,ART和DSO都有各自的优点和缺点。DPO第一次提供了一个同时融合所有优势的平台,而没有它们的缺点,并且超越了这两种设备。

验证这一点的最佳方式是查看某些实际环境中的测量实例。

图4. 泰克DPO屏幕上看到的QAM星座图。DPO连续采集功能提供了动态、准确的XY显示。
 

图5. 显示中心脉冲模糊的畸变发生的频率要低于正常脉冲形状。这种看得到的情况迅速揭示了不规则的瞬变。

图6. 数字荧光阵列中的波形数据的三维视图。发生频率用图形中的Z轴表示。

为捕获长时间间隔的信号提供的解决方案。使用DSO原原本本地捕获由时期相对较长的多个成分组成的分组化信号非常困难。其中一个实例是图3a中的复合视频信号。它要求捕获很长的时间间隔 (从而使用低速时基设置),以了解整个包络的特点。但是,为了捕获各个脉冲细节,必需使用快速时基设置。

正常程序是把DSO的时基(因此其取样速率)设置成足够慢的水平速率,以采集整个信号包络。在DSO上,低速的取样速率会在信号内部各个较快的脉冲上产生假信号 - 这是使用相对于被测频率,取样速率太慢的副产物。结果是波形几乎失真到不能识别的程度,如图3b所示。更糟糕的是,与实际频率相比,波形的频率似乎会较低。

到目前为止,解决方法一直是使用模拟示波器查看这类信号。图3a中的模拟显示被视为"正确的"波形廓线。但是,ART不能存储、自动测量和分析信号。

DPO提供了充足的波形数据,每秒可以向显示器发送1亿个样点,解决了假信号的问题。得到的波形(图3c)清楚全面,尽管它是在低速时基设置上采集的。注意,在图3c中,许多波形部分被加强了,表明信号在这些点上用了更多的时间。信息的这个轴在实时的DSO显示中完全缺失了。另外注意,所示的信号是一个稳定的测试码型。如果它是动态变化的实况视频信号,DSO显示会进一步偏离实际情况。

假信号已经困扰了DSO许多年。视频测量、磁盘驱动器读通道测量、无线通信信号和要求捕获由快速脉冲组成的长"分组"的其它测量,都使得工程师一直紧紧抓着ART示波器不肯放手。泰克DPO的出现,最终可以解决数字示波器的假信号效应。

最终结果:具有真正的XY模式的数字示波器。没有什么东西可以代替示波器中真正的XY测量功能。在XY模式下,通过把一个信号馈送到正常的垂直输入中,把另一个信号输送到水平输入中,来比较两个信号的相位关系。XY模式是模拟示波器的一个传统优势,同时该模式具有实时数据流量要求,这也正是DSO的缺点。

但是,当前无线通信中复杂的数字调制的信号需要数字示波器提供额外的功能,如带宽、触发、分析等等。

图4是泰克DPO捕获的QAM星座图。描述90度相移点的耳垂清楚稳定。这是因为DPO以10.4M样点/秒的速率把样点连续提取到数字荧光中,它以1M像素/秒的速率、连续把该信息扫描到显示器上。这种连续采集功能提供了动态、准确的XY显示画面。

DSO不能产生这样一个显示画面。DSO没有提供足够的样点密度或连续采集能力。此外,DPO的颜色渐变提供的分辨率要优于ART的单色灰度。

揭示随机事件和不频繁的事件。 DPO能够捕获随机事件或不频繁的事件,特别适合调试最先进的电子设计。这里,DPO杰出的显示样点密度再次意味着示波器要花多得多的时间,积极地采集数据,而不是处理数据进行显示。这意味着偶尔的瞬时事件被忽略的可能性大大降低。另外,相对于屏幕上的其它信号成分,灰度功能突出了这些瞬时信号的频繁程度。 

图5是由广泛分开的脉冲及间歇性噪声和瞬时事件组成的信号。注意,显示中心脉冲中模糊的畸变,这是变化的脉冲,其发生的频率要低于正常脉冲波形。检测这种畸变的能力在检修应用中特别有用。

全新水平的数据分析。由于DPO在动态的三维数据库中存储波形数据,因此可以简便地推导得出与信号有关的统计信息。DPO的内部直方图功能收集与传送中的信号分布或存储波形有关的量化信息。还可以通过示波器的GPIB端口,把三维数据库导出到外部PC上进行分析,包括三维绘图。这些数据提供了一个三维视图,其中发生频率用图形中的Z轴表示。与DPO屏幕显示一样,可以使用颜色增强显示效果。图6是得到的图形。

结论

泰克的新型数字荧光示波器在一种强大的采集技术中,同时融合了模拟示波器和数字示波器的优势。这一测量工具要优于模拟示波器和数字示波器,因为它可以以前所未有的方式考察信号操作。任何现有的示波器结构(不管是模拟示波器还是数字示波器)都不能实现数字荧光示波器的功能。

关键字:数字荧光示波器

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/1212/article_4160.html
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