dve 二维数组信号显示波形_评估示波器最佳显示质量

朴灿烈づ我的快乐病毒、 2023-01-04 13:30 215阅读 0赞

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**示波器的显示质量极大影响您有效进行设计查错的能力。如果您的示波器只有低质量的显示，您就不可能看到关键的信号异常。能示出信号亮度等级的示波器也能展示重要的波形细节，包括揭示各种模拟和数字应用中的信号异常。**

Keysight InfiiniVision 示波器 (原安捷伦示波器）旨在为用户提供最佳的信号可视性。 借助 MegaZoom IV 技术，InfiniiVision示波器每秒钟可捕获高达 1,000,000 个波形，能够显示其他示波器可能错过的偶然事件和微小的信号细节。InfiniiVision示波器提供不同性价比的多种型号，频率范围为70MHz至1.5GHz。它们采用8.5英寸非触摸显示屏或业界最大的12.1英寸电容触摸屏。全部InfiniiVision示波器采用了MegaZoom定制ASIC技术，具备业界最快的波形更新速率，可使您查看所有信号细节。4000 X系列示波器拥有业内独有的硬件InfiniiScan Zone触摸触发能力， 可以非常轻松地在任何已捕获的事件上进行触发。所有InfiniiVision X系列示波器都具备全面的可升级性(包括带宽)，可使您的示波器根据性能需求和预算变化而灵活地应用，以实现全面的投资保护。

## 示波器第三维: 亮度调制 ##

工程师一般认为数字存储示波器(DSO)是一种用图形方式显示电压—时间关系的二维仪器。但示波器实际存在着第三维: Z 轴。第三维示出连续波形亮度等级，它是信号在特定 X-Y 位置所产生频度的函数。在模拟示波器中，亮度调制是电子束扫描示波器矢量型显示的自然现象。由于早期受到数字显示技术的限制，在数字示波器代替模拟示波器的同时，也丢失了这第三维的亮度调制。现在正是失而复得的良机。

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当您查找信号异常，特别是在观察复合调制模拟信号，如视频信号，磁头读写信号和数控马达驱动信号时，显示亮度等级是非常重要的。对于汽车、工业和消费品市场中各式各样的嵌入式微处理器和微控制器混合信号应用，亮度等级也是极有帮助的。即使您是观看纯数字波形，亮度等级也能给出有关沿抖动、垂直噪声和异常事件出现率等统计信息。

近来，所有主要数字示波器厂商都已开始提供Z轴亮度等级，以仿效模拟示波器的显示质量，并取得不同程度的成功。

## 复合调制的模拟信号应用 ##

如果您的工作要用到复合调制信号，您就需要有足够显示质量的示波器，使您能首先观看大的图景，然后通过放大察看信号细节。

**复合电视信号**

许多工程师都熟悉标准 NTSC 和PAL 复合电视信号，该信号属于复合调制模拟信号。图 1 是模拟示波器所捕获一帧复合电视信号的照片。当您以5ms/div 观看该波形时，即使存在显示 "闪烁"，仍可得到埋入在所显示波形包络内的重要信息。有经验的电视设计师能从该显示迅速判定所产生模拟信号的质量。

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图 1. 100 MHz 模拟示波器上显示的复合电视信号全帧

图 2 是无 Z 轴亮度调制较老数字 示 波 器 的 显 示 。 它 是 当 前 入 门级 DSO 产品的典型代表。用于捕获波形的示波器拥有足够的采样率和存储器深度，可捕获时基为 5 ms/格的信号，并且所有捕获点的显示亮度相同。这就在视觉上丢失了信号包络内的波形细节。因此在选择模拟示波器技术还是选择较老的数字显示技术上，不应对今天视频实验室中充斥模拟示波器感到惊奇!

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图 2. 无亮度等级能力较老数字示波器上显示的复合电视信号全帧

但数字示波器最终也达到了模拟示波器的视觉显示质量。图 3 显示了使用 Keysight InfiniiVision 系列示波器对视频信号的实时捕获。该示波器使用Keysight 专有 MegaZoom III 技术，每一像素有 256 级彩色亮度，它由深采集存储器(达8 MB)映射至高分辨率显示器(XGA)。这种数字示波器能用相似于(或可能高于)模拟示波器的质量显示重复的模拟信号，并能以同样的视觉分辨率捕获、显示和保存复杂的单次信号。而这正是模拟示波器不及数字示波器之处。模拟示波器只能显示重复波形。图 4 是与图 3 相同采集所捕获复合电视信号中行信号的放大窗口显示。由于模拟示波器不能用数字方式保存波形，因此我们不能示出使用模拟示波器的类似放大单次显示。

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图 3. 在 Keysight InfiniiVision 系列示波器上显示的复合电视信号全帧

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图 4. 使用 Keysight InfiniiVision 系列示波器对视频单线的放大显示

## 数字控制马达驱动信号 ##

复杂模拟信号的另一个示例为数字控制的马达驱动信号，马达的一次启动周期属于单次现象。图 5 所示为 Keysight InfiniiVision 系列混合信号示波 (MSO) 如何可靠地捕获单次启动马达驱动信号的一个相位。您也可以使用示波器的数字/逻辑通道同步触发基于马达数字控制信号的波形捕获。该功能对您尝试同步采集通电序列以及特殊的马达定位命令十分重要。尽管没有显示，该示波器利用其 4 通道模拟采集可以同时轻松捕获马达驱动信号的全部三个相位。图 5 为取自相同单次采集的两张放大图片。利用示波器的 MegaZoom III 技术，将中间图片放大 100 倍后我们可以清楚地看到垂直矢量(位于显示屏中间位置附近)。如图右半部分所示，脉宽调制(PWM)猝发上的波形扩展(20,000:1)显示出一个毛刺信号。

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图 5. 由数字控制信号触发的马达驱动信号起动序列, 以及使用 Keysight InfiniiVision 系列 MSO 通过不同级别的放大来显示"矮"脉冲

**数字信号应用**

当您观察复合调制模拟信号，如前述组合电视信号和马达驱动信号时，数字示波器亮度分级能力具有鲜明的视觉效果。

在您调试数字电路时，亮度等级对于发现信号异常也极端重要。图 6 是发现嵌入在脉宽调制信号(PWM)中矮脉冲的例子。靠近各脉冲中心处的亮点表明示波器已捕获到信号异常。通过在一个亮点上放大，我们能清楚看到如图7 所示的信号异常细节。

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图 6. Keysight InfiniiVision系列示波器展现嵌入在各数字突发内的"亮点"

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图 7. 放大"亮点"揭示矮脉冲

虽然模拟示波器也能通过重复扫描显示亮点，但模拟示波器不能放大所保存的波形。

当您观察包含抖动、噪声和偶发事件波形时，显示亮度等级也是非常重要的。显示亮度级能帮助您了解信号异常出现的相对频度，有时也能通过显示亮度分布帮助您由视觉确定系统中抖动或噪声的类型，而不需要借助复杂的波形分析软件。

图 8 显示的数字信号包括了定时抖动(屏幕左侧附近)、垂直噪声(波形顶部和底部)以及极为少见的偶发毛刺(屏幕中间)。由于所显示的毛刺相对模糊，我们知道这个特别的毛刺极少发生。我们也可以看到，抖动的性质非常复杂，可能包括大部分的确定性抖动(DJ)。如果信号边沿显示亮度的分散呈高斯分布，我们则可以猜测该抖动以随机抖动(RJ)为主。如需更深入地探讨不同类型的抖动，请参考本文结尾部分列出的《利用实时抖动分析找到抖动源》“Finding Sources of Jitter with Real-Time Jitter Analysis”。

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图 8. Keysight InfiniiVision 系列示波器显示亮度等级, 展现了抖动、噪声和信号异常的特性

图 9 为同一模拟示波器上所显示的相同信号。然而，由于抖动边沿发生在触发参考点(上升沿)之前，所以我们无法观看该抖动边沿。但是我们可以观察到有时会产生偶发毛刺的信号边沿。但是，由于传统的模拟示波器技术无法显示极少发生的偶发毛刺，所以即使将显示器亮度调至最大亮度，我们也无法观察到这些毛刺。

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图 9. 模拟示波器不能示出极少出现的毛刺

**示波器术语**

MegaZoom IV 技术 - 是德科技采集和显示专利技术: 为数字存储示波器提供快速的波形更新速率(高达 1,000,000 实时波形/秒)及高分辨率显示质量(符合或超过传统模拟示波器的显示质量)

示波器亮度级 - 根据信号在显示位置的出现频度, 显示亮度在特定 X-Y 或像素显示位置上的变化

混合信号示波器(MSO) - 一种具有附加逻辑定时分析通道的示波器, 能建立跨模拟和数字输入的直接时相关和组合逻辑码型触发

脉冲宽度调制(PWM) - 一种数字脉冲宽度变化技术; 经过滤波产生变化的直流电压电平

实时采样 - 用高采样率, 数字化来自单次采集的输入信号

## 了解使用示波器示波器进行实验测量的更多信息： ##

示波器软件

MSOX3104T 混合信号示波器

InfiniiVision 6000 X 系列示波器

InfiniiVision 4000 X 系列示波器

InfiniiVision 3000T X 系列示波器

InfiniiVision 2000 X 系列示波器

DSOXT3MSO 3000T X 系列示波器 MSO 升级

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