使用4000系列數(shù)字熒光示波器進(jìn)行視頻測(cè)量

　　圖2 模擬合成基帶中的同步信號(hào)

　　攝像機(jī)和顯示器必須同步，以便同時(shí)掃描圖像的同一部分。這種同步由水平同步脈沖處理，這是基帶視頻信號(hào)的一部分。水平同步脈沖開(kāi)始水平掃描，在水平消隱間隔中，光束返回屏幕的左側(cè)，等待水平同步脈沖，然后掃描另一行。這稱(chēng)為“水平回掃”(參見(jiàn)圖2b)。

　　在波束到達(dá)屏幕底部時(shí)，它必須返回頂部，開(kāi)始下一個(gè)場(chǎng)或幀，這稱(chēng)為“垂直回掃”，其使用垂直同步脈沖傳送信號(hào)(參見(jiàn)圖2c)。垂直回掃所用的時(shí)間要比水平回掃長(zhǎng)，因此采用更長(zhǎng)的同步間隔，即“垂直消隱間隔”。在水平或垂直消隱間隔中，在視頻屏幕上不寫(xiě)入任何信息。

　　每種視頻標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了一系列同步信號(hào)，控制著視頻信號(hào)的顯示方式。PAL信號(hào)每秒25次顯示一個(gè)視頻幀，一個(gè)幀中包含625個(gè)視頻行。NTSC信號(hào)每秒30次顯示一個(gè)視頻幀，一個(gè)幀中只包含525個(gè)視頻行。某些高清計(jì)算機(jī)監(jiān)視器以每秒72次的幀速率顯示1000多行。分量信號(hào)也需要定時(shí)信號(hào)，同步通常與其中一個(gè)分量相結(jié)合(如綠色頻道)。

　　高清電視

　　上面我們一直重點(diǎn)介紹典型的標(biāo)清系統(tǒng)，如NTSC和PAL。通過(guò)在圖像內(nèi)部提高行數(shù)和像素?cái)?shù)，高清電視提供了更高的清晰度。有許多HDTV標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)的名稱(chēng)反映了各自的特點(diǎn)。其中，第一部分指明信號(hào)中存在的活動(dòng)

行數(shù)，第二部分指明圖像是隔行掃描(i)、逐行掃描(p)還是稱(chēng)為分段幀的組合掃描方式(sF)，最后一部分指明格式的場(chǎng)(適用于隔行掃描信號(hào))或幀速率(適用于逐行掃描信號(hào))，規(guī)定一秒內(nèi)顯示的圖像數(shù)量。

　　HDTV同步

　　標(biāo)清信號(hào)采用雙電平同步信號(hào)，允許電路鎖定電視信號(hào)的行和場(chǎng)速率。圖3a顯示了NTSC基帶視頻信號(hào)的水平消隱部分及其雙電平水平同步脈沖。

　　圖3a NTSC基帶視頻波形的水平消隱部分

　　圖3b HDTV基帶視頻波形，顯示三電平同步脈沖

　　但是HDTV使用三電平同步信號(hào)，如圖3b所示。脈沖中包含三個(gè)電平：-300mv、0mv和+300mv，定時(shí)間隔取決于相應(yīng)HDTV格式的時(shí)鐘速率。4000系列的定時(shí)和電壓光標(biāo)可以簡(jiǎn)便地測(cè)量這些參數(shù)。

　　測(cè)試設(shè)置要求

　　在考察怎樣測(cè)量視頻信號(hào)之前，我們先考察一下可以怎樣最好地使用測(cè)量工具，有效測(cè)試各種應(yīng)用。

　　選擇適當(dāng)?shù)氖静ㄆ?/P>

　　示波器是通用的測(cè)試儀器，它們使用兩個(gè)維度表示信號(hào)，允許我們?cè)跁r(shí)域中“查看”波形。并不是所有示波器都是一樣的，但是，某些示波器更適合視頻應(yīng)用。

　　模擬示波器還是數(shù)字存儲(chǔ)示波器

　　過(guò)去，設(shè)計(jì)人員和工程師只能選擇兩種示波器：模擬實(shí)時(shí)示波器和數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DSO)。由于每種示波器都有自己的優(yōu)點(diǎn)，因此許多用戶(hù)會(huì)盡量同時(shí)擁有兩種示波器。模擬示波器捕獲速率快，提供了輝度等級(jí)顯示，為波形提供了實(shí)時(shí)“統(tǒng)計(jì)”維度。變化的亮度清楚地顯示信號(hào)不同部分的發(fā)生頻率。資深用戶(hù)可以迅速檢定信號(hào)質(zhì)量，確定異常事件，在調(diào)節(jié)系統(tǒng)時(shí)獲得實(shí)時(shí)反饋。

　　數(shù)字存儲(chǔ)示波器有自己的優(yōu)點(diǎn)。DSO提供了自動(dòng)測(cè)量、完善的觸發(fā)、波形存儲(chǔ)和硬拷貝功能，而這些功能都是模擬儀器所不具備的。但是，DSO也有缺點(diǎn)。DSO依賴(lài)信號(hào)處理結(jié)構(gòu)，在信號(hào)采集過(guò)程的每一步中都要求微處理器干預(yù)(參見(jiàn)圖4)。DSO捕獲速率太慢，不能準(zhǔn)確地繪制復(fù)雜的視頻信號(hào)，它們?nèi)鄙僬{(diào)試必需的輝度等級(jí)信息。

　　圖4 數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DSO)的串行處理結(jié)構(gòu)

　　數(shù)字熒光替代方案

　　對(duì)于示波器，用戶(hù)還有第三個(gè)選擇：數(shù)字熒光示波器(DPO)。數(shù)字熒光示波器同時(shí)融合了模擬示波器和數(shù)字存儲(chǔ)示波器的優(yōu)勢(shì)。從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到完善的觸發(fā)功能，DPO提供了DSO的所有傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)。此外，它們使用三個(gè)維度捕獲和顯示波形信息，即幅度、時(shí)間、幅度在時(shí)間上的分布，這在很大程度上與模擬示波器類(lèi)似。DPO以數(shù)字方式仿真化學(xué)熒光工藝，在模擬示波器的CRT中創(chuàng)建輝度等級(jí)。其結(jié)果是一個(gè)實(shí)時(shí)顯示畫(huà)面，復(fù)現(xiàn)信號(hào)功能豐富的特點(diǎn)。DPO可以以無(wú)可比擬的方式查看視頻信號(hào)細(xì)微的行為模式和動(dòng)態(tài)特點(diǎn)。DPO的長(zhǎng)處在于其并行處理結(jié)構(gòu)(參見(jiàn)圖5)。DPO把數(shù)字化波形數(shù)據(jù)光柵化成稱(chēng)為數(shù)字熒光的數(shù)據(jù)庫(kù)。大約每隔1/30秒，數(shù)字熒光中存儲(chǔ)的信號(hào)圖像快照就會(huì)直接發(fā)送到顯示系統(tǒng)。同時(shí)，與集成式采集/顯示系統(tǒng)平行的微處理器會(huì)執(zhí)行波形數(shù)學(xué)運(yùn)算、測(cè)量和前面板控制。這種波形數(shù)據(jù)直接光柵化及直接復(fù)制到顯示存儲(chǔ)器，消除了DSO常見(jiàn)的數(shù)據(jù)處理瓶頸。

　　圖5 數(shù)字熒光示波器(DPO)的并行處理結(jié)構(gòu)

　　某些高級(jí)DPO擁有DPX波形成像處理器，大大提高了示波器的波形捕獲速率。這種專(zhuān)有的ASIC使得4000系列能夠以每秒最快35 000個(gè)波形的速率捕獲波形。這種快速波形捕獲速率使得用戶(hù)能夠最大限度地洞察信號(hào)活動(dòng)，提高了發(fā)現(xiàn)瞬態(tài)信號(hào)問(wèn)題的概率，如欠幅脈沖、毛刺和跳變錯(cuò)誤。某些DSO則提供了專(zhuān)用模式，把多個(gè)捕獲的突發(fā)信號(hào)保存至長(zhǎng)存儲(chǔ)器中，然后是一個(gè)顯示周期，兩者相互交替。這可以臨時(shí)提供每秒20 000～40 000個(gè)波形的傳送速率，但在處理和顯示波形數(shù)據(jù)時(shí)有明顯的死區(qū)時(shí)間。這種性能水平根本比不上DPO實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)性能。