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一、“DPO”的本质特征
“DPO”与“DSO”比较,其功能及性能特征的提升主要表现在以下两项指标上:
1.波形捕获速率(又称波形更新速率):即单位时间内示波器所能捕获并显示的波形屏数(或称帧数),通常以屏(帧)数/秒(wfms/s)表示。
“DSO”捕获并显示一屏(帧)波形图像,即一屏波形显示周期T也有3个时间段组成:波形采集存储时间t0+波形数据处理时间(例如:平均、高分辨率、峰值、插值等)t1+图像处理显示时间t2(如图1所示)。
波形采集存储时间t0:由当前数字时基速率下的采样速率和波形数据存储器的存储字长有关,其表达式:t0=a/Vr•W0。
式中 a:抽样率
Vr:为实时采集速率,单位为MSa/s(百万样点/秒)
W0:为存储器记录长度,单位为kbits(千字节数)
波形数据处理时间t1:与产品数字系统设计方案及处理任务有关。由高速处理器CPU控制,采用FPGA逻辑阵列处理方案,在处理任务比较单一情况下,好的设计方案4k字节数据只需花费数拾µs至数百µs时间,经软件处理则要花费数百µs至数ms。
我们姑且设定它为100µs,即:t1=100µs。
图像处理显示时间t2:是指将按时序采集到的波形信息,按照触发设置的幅度和时间位置,转换成波形图像像素点,在系统CPU的控制下,缓存在波形图像存储器中,再一幅一幅地在显示器上显示出来,好的设计方案一般选用FPGA逻辑芯片,在CPU的管理下实现波形像素的处理,而无需软件干预,但像素的送显必须是一段一段字节地串行读出,就像数字电视帧图像由逐行扫描的像素组成一样,送出一屏波形图像一般需要数十µs至数百µs。
2.波形强度(又称波形密度分布等级)
数字荧光示波器中用于表征波形事件出现概率,通常用灰度或色彩的等级表示不同波形(或异常信号)出现的频繁程度。该指标是区别于DSO的关键指标,DSO只能为显示分析时间与幅度之间的关系提供一个平台的二维空间,而PDO却能为显示分析时间、幅度与频率的相关特性提供一个三维的测试空间,故数字荧光示波器有人又称它为三维数字示波器。
江苏绿扬集团LDS30000系列多功能数字荧光示波器的示波器功能中,波形强度分级系统设计按色彩深浅分为256个层次,可视化分辨率达到1/256。
“DPO”是如何做到波形更新速率达到每通道10万屏(帧)/秒或以上,波形强度灰度(色彩)分级达到256级或以上的呢?
二、“DPO”在测量应用中的优势
1.测量优势
(1)在几秒钟内捕获到间歇性和随机瞬态事件
DPO为观察信号提供了DSO前所未有的视角,随着波形更新率达到10万帧/秒～40万帧/秒以上,DPO能对动态信号产生概率进行测量和分析。使用示波器对数字系统中诸如矮脉冲、毛刺、信号跃迁出错、间歇寄生震荡等随机瞬态时间捕获概率比DSO得到飞跃式提高。它能够采集存储几百MB至几GB数据和100万点以上波形像素的高密度显示的数据量比DSO大1000倍。DSO需要花数十分钟,甚至数小时才能捕获到的毛刺,随机小概率事件引起的系统故障,DPO在几秒钟内就能被观察到。
(2)动态信号波形三维信息直观显示
DSO只能依靠事后处理波形数据信息,DPO可以实时采集、显示、存储、分析线性脉冲调制、数模混合复杂动态信号的三维信息(幅度、事件、幅度随时间的分布),这使得DPO可以实时显示的信号层次非常丰富,对海量信号数据段中感兴趣的信息一眼就能看到,可进行更为详细的视窗扩展观察,而且DPO能够观察信号的动态特征和显示DSO难以捕获到的细微差异信号。
(3)将ART显示波形信息的丰富与DSO波形数字化存储、测量分析优势集于一身
ART模拟实时示波器显示波形信息丰富,而DSO只能提供单调的二维信息,DPO则将波形数据存储在三维数据库中,得到类似模拟示波器的实时显示效果。
2.DPO在测量领域的应用优势
(1)计算机及其电子信息领域
信号和时钟速度越来越快,时序余量越来越紧张,观察信号的抖动、异步错误和瞬态问题越来越重要,越来越困难。
A.用DPO测量,例如用绿扬电子DPO LDP60104,其波形更新速率每通道100000屏/秒,单通道工作达400000屏/秒,再利用其每秒能捕获显示数百万个荧光波形密度视觉效果,使其复杂信号的动态变化特征一目了然(如图2所示)。
B.用绿扬电子LDP65504(即将推出新品)测量,其高达每通道5GSa/s的最大实时采样率,1GHz实时带宽,观察精确度达ps量级,使得观察高速信号的边沿抖动能轻松完成。
(2)通信
需要观测复杂动态信号的准确特性,携带数据包的异步信号的特征以及日益增加的通信传输速率和信道数量,用DPO可通过灰度(或色彩)等级显示来迅速准确判断信号的调制模式,在整个带宽范围内都具有连续的采集实时显示和进行XY/XYZ显示能力,由于信号波形能实时连续捕获的同时,进行幅度随时间变化的分布处理(数字荧光处理),可以从观测的动态信号中获得丰富深层次信息。
(3)电子行业
电子教学实验、消费类电子、军用武器装备电子信息系统、网络数字电视、汽车电子、航空航天电子行业项目研发、现场维护,面临观测变化迅速的动态信号,通常的DSO一般都无法同时兼顾高速采集和高速波形更新两项技术要求,而DPO能够同时满足。
(江苏绿扬集团/供稿)
“DPO”与“DSO”比较,其功能及性能特征的提升主要表现在以下两项指标上:
1.波形捕获速率(又称波形更新速率):即单位时间内示波器所能捕获并显示的波形屏数(或称帧数),通常以屏(帧)数/秒(wfms/s)表示。
“DSO”捕获并显示一屏(帧)波形图像,即一屏波形显示周期T也有3个时间段组成:波形采集存储时间t0+波形数据处理时间(例如:平均、高分辨率、峰值、插值等)t1+图像处理显示时间t2(如图1所示)。
波形采集存储时间t0:由当前数字时基速率下的采样速率和波形数据存储器的存储字长有关,其表达式:t0=a/Vr•W0。
式中 a:抽样率
Vr:为实时采集速率,单位为MSa/s(百万样点/秒)
W0:为存储器记录长度,单位为kbits(千字节数)
波形数据处理时间t1:与产品数字系统设计方案及处理任务有关。由高速处理器CPU控制,采用FPGA逻辑阵列处理方案,在处理任务比较单一情况下,好的设计方案4k字节数据只需花费数拾µs至数百µs时间,经软件处理则要花费数百µs至数ms。
我们姑且设定它为100µs,即:t1=100µs。
图像处理显示时间t2:是指将按时序采集到的波形信息,按照触发设置的幅度和时间位置,转换成波形图像像素点,在系统CPU的控制下,缓存在波形图像存储器中,再一幅一幅地在显示器上显示出来,好的设计方案一般选用FPGA逻辑芯片,在CPU的管理下实现波形像素的处理,而无需软件干预,但像素的送显必须是一段一段字节地串行读出,就像数字电视帧图像由逐行扫描的像素组成一样,送出一屏波形图像一般需要数十µs至数百µs。
2.波形强度(又称波形密度分布等级)
数字荧光示波器中用于表征波形事件出现概率,通常用灰度或色彩的等级表示不同波形(或异常信号)出现的频繁程度。该指标是区别于DSO的关键指标,DSO只能为显示分析时间与幅度之间的关系提供一个平台的二维空间,而PDO却能为显示分析时间、幅度与频率的相关特性提供一个三维的测试空间,故数字荧光示波器有人又称它为三维数字示波器。
江苏绿扬集团LDS30000系列多功能数字荧光示波器的示波器功能中,波形强度分级系统设计按色彩深浅分为256个层次,可视化分辨率达到1/256。
“DPO”是如何做到波形更新速率达到每通道10万屏(帧)/秒或以上,波形强度灰度(色彩)分级达到256级或以上的呢?
二、“DPO”在测量应用中的优势
1.测量优势
(1)在几秒钟内捕获到间歇性和随机瞬态事件
DPO为观察信号提供了DSO前所未有的视角,随着波形更新率达到10万帧/秒～40万帧/秒以上,DPO能对动态信号产生概率进行测量和分析。使用示波器对数字系统中诸如矮脉冲、毛刺、信号跃迁出错、间歇寄生震荡等随机瞬态时间捕获概率比DSO得到飞跃式提高。它能够采集存储几百MB至几GB数据和100万点以上波形像素的高密度显示的数据量比DSO大1000倍。DSO需要花数十分钟,甚至数小时才能捕获到的毛刺,随机小概率事件引起的系统故障,DPO在几秒钟内就能被观察到。
(2)动态信号波形三维信息直观显示
DSO只能依靠事后处理波形数据信息,DPO可以实时采集、显示、存储、分析线性脉冲调制、数模混合复杂动态信号的三维信息(幅度、事件、幅度随时间的分布),这使得DPO可以实时显示的信号层次非常丰富,对海量信号数据段中感兴趣的信息一眼就能看到,可进行更为详细的视窗扩展观察,而且DPO能够观察信号的动态特征和显示DSO难以捕获到的细微差异信号。
(3)将ART显示波形信息的丰富与DSO波形数字化存储、测量分析优势集于一身
ART模拟实时示波器显示波形信息丰富,而DSO只能提供单调的二维信息,DPO则将波形数据存储在三维数据库中,得到类似模拟示波器的实时显示效果。
2.DPO在测量领域的应用优势
(1)计算机及其电子信息领域
信号和时钟速度越来越快,时序余量越来越紧张,观察信号的抖动、异步错误和瞬态问题越来越重要,越来越困难。
A.用DPO测量,例如用绿扬电子DPO LDP60104,其波形更新速率每通道100000屏/秒,单通道工作达400000屏/秒,再利用其每秒能捕获显示数百万个荧光波形密度视觉效果,使其复杂信号的动态变化特征一目了然(如图2所示)。
B.用绿扬电子LDP65504(即将推出新品)测量,其高达每通道5GSa/s的最大实时采样率,1GHz实时带宽,观察精确度达ps量级,使得观察高速信号的边沿抖动能轻松完成。
(2)通信
需要观测复杂动态信号的准确特性,携带数据包的异步信号的特征以及日益增加的通信传输速率和信道数量,用DPO可通过灰度(或色彩)等级显示来迅速准确判断信号的调制模式,在整个带宽范围内都具有连续的采集实时显示和进行XY/XYZ显示能力,由于信号波形能实时连续捕获的同时,进行幅度随时间变化的分布处理(数字荧光处理),可以从观测的动态信号中获得丰富深层次信息。
(3)电子行业
电子教学实验、消费类电子、军用武器装备电子信息系统、网络数字电视、汽车电子、航空航天电子行业项目研发、现场维护,面临观测变化迅速的动态信号,通常的DSO一般都无法同时兼顾高速采集和高速波形更新两项技术要求,而DPO能够同时满足。
(江苏绿扬集团/供稿)