DPO与示波器技术的发展

1   DPO的特点

　　数字荧光示波器DPO(Digital Phosphor Oscillosco-pes)是Tektronix公司新推出的一种示波器平台，它具有数字存储示波器DSO(Digital Storage Oscilloscopes)的各种传统优点，从数据存储到先进的触发功能，样样俱全。同时，它也具有模拟实时示波器．ART(AnalogReal Time)的明暗显示和实时特性，能以数字形式产生显示效果优于模拟示波器CRT(Cathode Ray Tube)的亮度渐次变化的化学荧光效果。

　　DPO在示波器技术上有了新的突破，能够实时显示、存储和分析复杂信号，利用三维信息(振幅、时间、及多层次辉度，用不同的辉度显示幅度分量出现的频率)充分展现信号的特征，尤其采用的数字荧光技术，通过多层次辉度或彩色能够显示长时间内信号的变化情况。

　　DSO的自动测量和波形存储功能曾令许多工程师惊叹不已，但人们不久就发现DSO在测量具有低频调制的高频信号时，由于其无法克服的混叠失真问题，其谬之千里的显示结果又让人想到ART示波器的好处。

　　DPO不仅具有ART示波器的实时明暗度无混叠显示能力，而且有DSO的自动测量及波形存储功能，在避免二者不足方面，还有很大的改进。主要表现在：

(1)快速波形捕获速率和超强显示能力

　　数字荧光显示技术的应用使DPO能以不同的灰度或色彩同时显示信号的多幅图像。DPO每秒钟可记录200000幅波形，其信号数据比一般的DSO多1000倍，每次可捕获500000幅波形，这种快速波形捕获速率结合高超的显示能力，使DPO具有分析信号任何细节的性能。

(2)连续高速采样能力

　　通常DSO因处理显示数据在显示两幅波形之间有8ms的停滞时间，即使采用了instavu采样技术的DSO这一时间也只能降低到1．7Us，ART示波器在回扫时间内也不能捕捉波形信息，而DPO能始终以最高采样率对几十万幅波形连续采样，克服了其它示波器存在的停滞时间问题。DPO的采样率一般每秒有几个109次，如此高的采样率允许示波器有更大的带宽。

2   DPO的工作原理

　　数字荧光示波器的原理框图如图l所示，核心部件是由专用集成电路(ASIC)构成的DPX波形成像处理器。

　　与DSO一样，输入信号首先经放大和A／D变换后得到信号的采样值，采样值经过DPX波形成像处理器的处理后形成一幅具有500x200像素、包含波形三维信息的完整波形图，在不间断捕获过程的情况下，DPX成像处理器每秒向波形显示存储器发送30幅波形图，在微处理器的控制下，根据显示存储器的内容，在显示屏上得到采集到的波形图。实现“信号数字化-图形化-显示”这样一种波形显示方式。与此同时，微处理器以并行方式执行自动测量及运算功能。

    由于DPO的数据采集和显示体系分别独立运行，使得示波器能够在处理显示所需数据的同时，保持最高波形捕获速率，这意味着示波器能不间断地捕捉波形的所有细节。

    DPX由数据采集器和称为数字荧光器的动态三维数据库组成。它将光栅化功能(波形图像化)与快速波形捕获速率有机地结合在一起，以500x200整数阵列累积信号信息，阵列中的每一个整数都代表DPO显示中的一个像素，其数值的不同导致显示像点的亮度或色彩不同。随着信号不断地采样，这一阵列也不断得以更新，但与DSO不同，一个显示周期(一幅波形图)完成后，新显示周期的采样值并不冲掉上次显示周期的数据，如果两次采样值具有相同的显示点，则只改变对应阵列点的值，这样多幅波形图就可累积显示。当多幅波形图导致的显示点不同时，阵列中各点的数据就不同，因此波形显示中会出现不同的亮度等级或色彩，重复出现的信号点其显示亮度最高，偶尔出现的其它波形信息会以较低亮度得到显示。

    DPO工作时以最大速率连续采样，利用采样之间的最小时间间隔触发和生成一幅幅的波形图，像ART’示波器一样(由于DPO应用深度三维数据库保存灰度信息，过去的波形信息并不丢失)，可以观察到长时间内信号的变化情况。

3  DPO的应用

    DPO功能强大，可以完成复杂信号的捕获、显示、分析，加上灵活的触发方式和自动数字测量功能使其成为测量领域的佼佼者。常用的TDS3000系列采样率为1.25～5GS／s，带宽为100～500MHz，TDS500／700系列的采样率为2～4GS／s，带宽为0.5～2GHz。DPO有这样优越的性能，当然不会有低廉的价格。为充分发挥DPO的性能，它主要用于复杂信号的检测。

　　(1)视频应用环境的信号检测

    这类测量领域面对的是由快速脉冲组成的长“帧信号”。DSO为了捕获整个信号的包络，只能使用较慢的采样率，但较慢的采样率会因缺少波形数据而产生混叠失真；ART示波器可显示波形轮廓，但不具备测量和分析功能，DPO尤其适合对这类信号的检测。类似的信号如磁盘、光盘等的读出信号。

    (2)无线通讯设备中复杂数字调制信号的检测

    这类信号的复杂程度表现为非周期性信号，ART。示波器上只能得到无法辨认的模模糊糊的一条光带，DSO因存储深度有限难以提供有价值的信息，此时可发挥DPO的多幅波形捕获能力。

　　(3)稀有事件重复频率的检测

    这是DPO的数字荧光技术带来的突出性能，通过观察多幅波形中稀有事件的显示亮度就可知其在某段时间内出现的频度，必要时甚至可直接调出三维数据库中的波形数据进行详细统计。

4  示波器技术的发展

    电子测量的主要问题是解决“信号存在”和“信号定量分析”。对复杂信号的存在检测和定量分析是示波器的首要任务，DPO正是在解决这一测量问题中发展起来的一种新型示波器技术，在某种程度上，展现了示波器技术的发展趋势。

　　(1)完全数字化设计

    数字荧光示波器优于模拟、胜于数字的突出功能很大程度上是因其采用了数字荧光技术。“信号存在”是电子测量的基础，只有证实了信号的存在才能对其进行定量分析，ART示波器的余辉显示在证实信号存在方面虽具有突出的优势，但DPO不是简单地仿真ART示波器的灰度显示功能，是以数字技术为基础构建的具有模拟效果的一种新型示波器显示方式(信号数字化-图形化-显示)。全数字化设计突破传统模拟仿真的旧模式，创建了以数据处理技术为基础的仪器设计新概念。

　　(2)虚拟与现实的有机结合

    数字荧光示波器的核心部件DPX数字成像处理器照度计| 风速计| 印表机 | 瓦特功率计 | 绝缘测试器，其关键技术是硬件三维动态数据库的读写。由于DPO的显示方式同计算机的显示方式完全相同，是基于计算机结构的仪器，如果计算机的速度足够快，完全可以由虚拟仪器来实现。DPO正是基于虚拟仪器原理，通过专用芯片完成大量的数据处理功能，进而构成的仪器系统。这类仪器因其运算速度快具有实时性的特点，它的便携性克服了虚拟仪器不利现场使用的缺点，体现了现代仪器的发展方向。