DPO示波器的工作原理和應用

數(shù)字熒光示波器DPO（Digital phosphor Oscilloscopes）是Tektronix公司新推陳出新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（Analyzed Real Time）的明暗顯示和實時特性，能以數(shù)字形式產生顯示效果優(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在示波器技術上有了新的突破，能夠實時顯示、存儲和分析復雜信號，利用三維信息（振幅、時間性及多層次輝度，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，通過多層次輝度或彩色能夠顯示長時間內信號的變化情史。

DSO的自動測量和波形存儲功能曾令許多工程師尺嘆不已，但人們不久就發(fā)現(xiàn)DSO在測量具有低頻調制的高頻信號時，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每秒鐘表可記錄200000幅波形，其信號數(shù)據比一般的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)據在顯示兩幅波形之間有8ms的停滯時間，即使采用了instavuTM采樣技術的DSO這一時間也只能降低到1.7μs，ART示波器在回掃時間內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進間問題。DPO的采樣率一般每秒有幾個109次數(shù)，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1所示，核心部件是由專用集成電路（ASIC）構成的DPX波瑚成像處理器。

與DSO一樣，輸入信號首先經放大和A/D變換后得到信號的采樣值，采樣值經過DPX波形成像處理器的處理后形成一幅具有500*200像素、包含波形三維信息的完整流器波形圖，在不間斷捕獲過程的情況下，DPX成像處理器每秒向波形顯存儲器發(fā)送30幅波形圖，在微處理器的控制下，根據顯示存儲器的內容，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)據采集器和稱為數(shù)字熒光器的動態(tài)三維數(shù)據庫組成，它將光柵化功能（波莆圖像化）與快速波形捕獲速率有機地結合實際在一起，以 500*200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)值的不同甘共苦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，如果兩次采樣植具有相同的顯示點，則只改變對應陣列點的值勤，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)據就不同，因此波形顯示亮度最高，偶爾出現(xiàn)的其它波形信息會以較低亮度得到顯示。

DPO工期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，加上靈活的角發(fā)方式和自動數(shù)字測量功能使其成為測量領域的佼佼者。常用的TDS3000系列采樣率為1.25-5GS/s，帶寬顯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彈的檢測。

（1） 視頻應用環(huán)境的信號檢測

這類測量領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，只能使用較慢的采樣率，俚較慢的采樣率會因缺少波形數(shù)據而產生混疊失真：ART示波器可顯示波輪廓，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、光盤等到的讀出信號。

（2）無線通訊設備中復雜數(shù)字調制信號的檢測

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辯認的模模煳煳的一條光帶，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在某段時間內出現(xiàn)的頻度，必要時甚至可直接調出三維數(shù)據庫中的波形數(shù)據進行詳細統(tǒng)計。

審核編輯 黃宇