數(shù)字熒光示波器典型性能特征介紹

一、“DPO”的本質特征

數(shù)字熒光示波器典型性能特征介紹

一、“DPO”的本質特征

“DPO”與“DSO”比較，其功能及性能特征的提升主要表現(xiàn)在以下兩項指標上：

1.波形捕獲速率（又稱波形更新速率）：即單位時間內示波器所能捕獲并顯示的波形屏數(shù)（或稱幀數(shù)），通常以屏（幀）數(shù)/秒（wfms/s）表示。

“DSO”捕獲并顯示一屏（幀）波形圖像，即一屏波形顯示周期T也有3個時間段組成：波形采集存儲時間t0＋波形數(shù)據(jù)處理時間（例如：平均、高分辨率、峰值、插值等）t1＋圖像處理顯示時間t2(如圖1所示)。

圖1

波形采集存儲時間t0：由當前數(shù)字時基速率下的采樣速率和波形數(shù)據(jù)存儲器的存儲字長有關，其表達式：t0＝a/Vr?W0。

式中 a：抽樣率

Vr：為實時采集速率，單位為MSa/s（百萬樣點/秒）

W0：為存儲器記錄長度，單位為kbits（千字節(jié)數(shù)）

波形數(shù)據(jù)處理時間t1：與產(chǎn)品數(shù)字系統(tǒng)設計方案及處理任務有關。由高速處理器CPU控制，采用FPGA邏輯陣列處理方案，在處理任務比較單一情況下，好的設計方案4k字節(jié)數(shù)據(jù)只需花費數(shù)拾μs至數(shù)百μs時間，經(jīng)軟件處理則要花費數(shù)百μs至數(shù)ms。

我們姑且設定它為100μs，即：t1＝100μs。

圖像處理顯示時間t2：是指將按時序采集到的波形信息，按照觸發(fā)設置的幅度和時間位置，轉換成波形圖像像素點，在系統(tǒng)CPU的控制下，緩存在波形圖像存儲器中，再一幅一幅地在顯示器上顯示出來，好的設計方案一般選用FPGA邏輯芯片，在CPU的管理下實現(xiàn)波形像素的處理，而無需軟件干預，但像素的送顯必須是一段一段字節(jié)地串行讀出，就像數(shù)字電視幀圖像由逐行掃描的像素組成一樣，送出一屏波形圖像一般需要數(shù)十μs至數(shù)百μs。

2.波形強度（又稱波形密度分布等級）

數(shù)字熒光示波器中用于表征波形事件出現(xiàn)概率，通常用灰度或色彩的等級表示不同波形（或異常信號）出現(xiàn)的頻繁程度。該指標是區(qū)別于DSO的關鍵指標，DSO只能為顯示分析時間與幅度之間的關系提供一個平臺的二維空間，而PDO卻能為顯示分析時間、幅度與頻率的相關特性提供一個三維的測試空間，故數(shù)字熒光示波器有人又稱它為三維數(shù)字示波器。

江蘇綠揚集團LDS30000系列多功能數(shù)字熒光示波器的示波器功能中，波形強度分級系統(tǒng)設計按色彩深淺分為256個層次，可視化分辨率達到1/256。

“DPO”是如何做到波形更新速率達到每通道10萬屏（幀）/秒或以上，波形強度灰度（色彩）分級達到256級或以上的呢？

二、“DPO”在測量應用中的優(yōu)勢

1.測量優(yōu)勢

(1)在幾秒鐘內捕獲到間歇性和隨機瞬態(tài)事件

DPO為觀察信號提供了DSO前所未有的視角，隨著波形更新率達到10萬幀/秒～40萬幀/秒以上，DPO能對動態(tài)信號產(chǎn)生概率進行測量和分析。使用示波器對數(shù)字系統(tǒng)中諸如矮脈沖、毛刺、信號躍遷出錯、間歇寄生震蕩等隨機瞬態(tài)時間捕獲概率比DSO得到飛躍式提高。它能夠采集存儲幾百MB至幾GB數(shù)據(jù)和100萬點以上波形像素的高密度顯示的數(shù)據(jù)量比DSO大1000倍。DSO需要花數(shù)十分鐘，甚至數(shù)小時才能捕獲到的毛刺，隨機小概率事件引起的系統(tǒng)故障，DPO在幾秒鐘內就能被觀察到。

(2)動態(tài)信號波形三維信息直觀顯示

DSO只能依靠事后處理波形數(shù)據(jù)信息，DPO可以實時采集、顯示、存儲、分析線性脈沖調制、數(shù)?；旌蠌碗s動態(tài)信號的三維信息（幅度、事件、幅度隨時間的分布），這使得DPO可以實時顯示的信號層次非常豐富，對海量信號數(shù)據(jù)段中感興趣的信息一眼就能看到，可進行更為詳細的視窗擴展觀察，而且DPO能夠觀察信號的動態(tài)特征和顯示DSO難以捕獲到的細微差異信號。

(3)將ART顯示波形信息的豐富與DSO波形數(shù)字化存儲、測量分析優(yōu)勢集于一身

ART模擬實時示波器顯示波形信息豐富，而DSO只能提供單調的二維信息，DPO則將波形數(shù)據(jù)存儲在三維數(shù)據(jù)庫中，得到類似模擬示波器的實時顯示效果。

2.DPO在測量領域的應用優(yōu)勢

(1)計算機及其電子信息領域

信號和時鐘速度越來越快，時序余量越來越緊張，觀察信號的抖動、異步錯誤和瞬態(tài)問題越來越重要，越來越困難。

A.用DPO測量，例如用綠揚電子DPO LDP60104，其波形更新速率每通道100000屏/秒，單通道工作達400000屏/秒，再利用其每秒能捕獲顯示數(shù)百萬個熒光波形密度視覺效果，使其復雜信號的動態(tài)變化特征一目了然(如圖2所示)。

圖2 一眼觀察到時鐘傳輸電路中的異常間隙事件

B.用綠揚電子LDP65504（即將推出新品）測量，其高達每通道5GSa/s的最大實時采樣率，1GHz實時帶寬，觀察精確度達ps量級，使得觀察高速信號的邊沿抖動能輕松完成。

(2)通信

需要觀測復雜動態(tài)信號的準確特性，攜帶數(shù)據(jù)包的異步信號的特征以及日益增加的通信傳輸速率和信道數(shù)量，用DPO可通過灰度（或色彩）等級顯示來迅速準確判斷信號的調制模式，在整個帶寬范圍內都具有連續(xù)的采集實時顯示和進行XY/XYZ顯示能力，由于信號波形能實時連續(xù)捕獲的同時，進行幅度隨時間變化的分布處理（數(shù)字熒光處理），可以從觀測的動態(tài)信號中獲得豐富深層次信息。

(3)電子行業(yè)

電子教學實驗、消費類電子、軍用武器裝備電子信息系統(tǒng)、網(wǎng)絡數(shù)字電視、汽車電子、航空航天電子行業(yè)項目研發(fā)、現(xiàn)場維護，面臨觀測變化迅速的動態(tài)信號，通常的DSO一般都無法同時兼顧高速采集和高速波形更新兩項技術要求，而DPO能夠同時滿足。

(江蘇綠揚集團/供稿)