1   DPO的特點(diǎn)

　　數字熒光示波器DPO(Digital Phosphor Oscillosco-pes)是Tektronix公司新推出的一種示波器平臺，它具有數字存儲示波器DSO(Digital Storage Oscilloscopes)的各種傳統優(yōu)點(diǎn)，從數據存儲到先進(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，能夠實(shí)時(shí)顯示、存儲和分析復雜信號，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的頻率)充分展現信號的特征，尤其采用的數字熒光技術(shù)，通過(guò)多層次輝度或彩色能夠顯示長(cháng)時(shí)間內信號的變化情況。

　　DSO的自動(dòng)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DSO在測量具有低頻調制的高頻信號時(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)測量及波形存儲功能，在避免二者不足方面，還有很大的改進(jìn)。主要表現在：

(1)快速波形捕獲速率和超強顯示能力

　　數字熒光顯示技術(shù)的應用使DPO能以不同的灰度或色彩同時(shí)顯示信號的多幅圖像。DPO每秒鐘可記錄200000幅波形，其信號數據比一般的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的性能。

(2)連續高速采樣能力

　　通常DSO因處理顯示數據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)間內也不能捕捉波形信息，而DPO能始終以最高采樣率對幾十萬(wàn)幅波形連續采樣，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

　　數字熒光示波器的原理框圖如圖l所示，核心部件是由專(zhuān)用集成電路(ASIC)構成的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(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(shí)現“信號數字化-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行自動(dòng)測量及運算功能。

    由于DPO的數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據的同時(shí)，保持最高波形捕獲速率，這意味著(zhù)示波器能不間斷地捕捉波形的所有細節。

    DPX由數據采集器和稱(chēng)為數字熒光器的動(dòng)態(tài)三維數據庫組成。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合在一起，以500x200整數陣列累積信號信息，陣列中的每一個(gè)整數都代表DPO顯示中的一個(gè)像素，其數值的不同導致顯示像點(diǎn)的亮度或色彩不同。隨著(zhù)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(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據，如果兩次采樣值具有相同的顯示點(diǎn)，則只改變對應陣列點(diǎn)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(diǎn)不同時(shí)，陣列中各點(diǎn)的數據就不同，因此波形顯示中會(huì )出現不同的亮度等級或色彩，重復出現的信號點(diǎn)其顯示亮度最高，偶爾出現的其它波形信息會(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應用深度三維數據庫保存灰度信息，過(guò)去的波形信息并不丟失)，可以觀(guān)察到長(cháng)時(shí)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，加上靈活的觸發(fā)方式和自動(dòng)數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(huì )有低廉的價(jià)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(lèi)測量領(lǐng)域面對的是由快速脈沖組成的長(cháng)“幀信號”。DSO為了捕獲整個(gè)信號的包絡(luò )，只能使用較慢的采樣率，但較慢的采樣率會(huì )因缺少波形數據而產(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(lèi)信號的檢測。類(lèi)似的信號如磁盤(pán)、光盤(pán)等的讀出信號。

    (2)無(wú)線(xiàn)通訊設備中復雜數字調制信號的檢測

    這類(lèi)信號的復雜程度表現為非周期性信號，ART。示波器上只能得到無(wú)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(jià)值的信息，此時(shí)可發(fā)揮DPO的多幅波形捕獲能力。

　　(3)稀有事件重復頻率的檢測

    這是DPO的數字熒光技術(shù)帶來(lái)的突出性能，通過(guò)觀(guān)察多幅波形中稀有事件的顯示亮度就可知其在某段時(shí)間內出現的頻度，必要時(shí)甚至可直接調出三維數據庫中的波形數據進(jìn)行詳細統計。

4  示波器技術(shù)的發(fā)展

    電子測量的主要問(wèn)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(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，展現了示波器技術(shù)的發(fā)展趨勢。

　　(1)完全數字化設計

    數字熒光示波器優(yōu)于模擬、勝于數字的突出功能很大程度上是因其采用了數字熒光技術(shù)�！靶盘柎嬖凇笔请娮訙y量的基礎，只有證實(shí)了信號的存在才能對其進(jìn)行定量分析，ART示波器的余輝顯示在證實(shí)信號存在方面雖具有突出的優(yōu)勢，但DPO不是簡(jiǎn)單地仿真ART示波器的灰度顯示功能，是以數字技術(shù)為基礎構建的具有模擬效果的一種新型示波器顯示方式(信號數字化-圖形化-顯示)。全數字化設計突破傳統模擬仿真的舊模式，創(chuàng )建了以數據處理技術(shù)為基礎的儀器設計新概念。

　　(2)虛擬與現實(shí)的有機結合

    數字熒光示波器的核心部件DPX數字成像處理器照度計| 風(fēng)速計| 印表機 | 瓦特功率計 | 絕緣測試器，其關(guān)鍵技術(shù)是硬件三維動(dòng)態(tài)數據庫的讀寫(xiě)。由于DPO的顯示方式同計算機的顯示方式完全相同，是基于計算機結構的儀器，如果計算機的速度足夠快，完全可以由虛擬儀器來(lái)實(shí)現。DPO正是基于虛擬儀器原理，通過(guò)專(zhuān)用芯片完成大量的數據處理功能，進(jìn)而構成的儀器系統。這類(lèi)儀器因其運算速度快具有實(shí)時(shí)性的特點(diǎn)，它的便攜性克服了虛擬儀器不利現場(chǎng)使用的缺點(diǎn)，體現了現代儀器的發(fā)展方向。