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- 高分辨率光纤编码器技术 - 应用背景 虹科的合作伙伴Micronor开发了一种高分辨率的光纤增量式编码器系统，可以在高辐射和高磁环境下工作。 纯光学无源设计使许多潜在的应用成为可能，在这些应用中，不能使用基于电子的位置编码器，因为电子设备在高辐射环境下无法工作。 技术原理 该系统基于CWDM(粗波分复用)运行。850nm 和 1300nm 两种不同的波长通过多模光纤发送，以探测编码器圆盘的旋转情况。 这种强度调制光由一根二级多模光纤导回。 光解复用器解析光功率信号，并用于重构定向感知正交信号。 另外一对光纤用于感测编码器盘上的绝对索引。 平面外形设计 大空心轴设计 技术优势 这种光纤技术可提供前所未有的 157,050ppr(每转脉冲数)的高分辨率和低至 0.01 毫弧度的角分辨率。该系统完全基于光来测量位置，因此不受任何 EMI/RF、辐射高压或磁场的影响。目前系统可以部署在距离控制电子设备数百米的地方，且不会损失精度或信号质量。 该技术还能够在非常高或非常低(低温)的温度下工作。 技术应用 HK-MR340光纤增量编码器在具有挑战性的环境和应用中提供无干扰反馈，例如，医疗设备、焊接机器人、钢铁厂、矿山等。 上图列举了一个典型应用，其中光纤编码器用于提供无噪声的闭环反馈，以精确控制VFD或高压驱动系统。 - END-

RS RTO和RS RTE系列示波器的高分辨率模式可以达到16bit垂直分辨率的精度，比8bit精度提升了有256倍。波形更精细，而且可以显示被噪声淹没的信号细节。用户也能够得到更准确的测试结果。   2014年11月6日，慕尼黑 — 罗德与施瓦茨公司（以下简称RS公司）发布RS RTO和RS RTE示波器高分辨率选件，应用于需要高垂直分辨率的应用场景，尤其对于高压信号里检测小电压信号细节这种应用。例如对开关电源的特性分析。开关管上打开和关断时的电压差有几百伏高压，就需要高精度对小电压进行测量。 高分辨率模式提升了RS公司示波器垂直分辨率达到16bit，比8bit精度提升了有256倍。通过对ADC后的信号进行低通滤波实现高分辨率。这是基于低通滤波器滤除噪声，提高信噪比实现。我们可以根据所测试信号特征调节低通滤波器带宽（10KHz-500MHz）。带宽越小，分辨率越高。   高分辨模式下可以看到更精细的波形，能够显示被噪声淹没的信号细节。示波器垂直量程需要设置到500uv/div才能分析这些信号的细节。基于示波器的前端低噪声和高精度单核ADC，RS RTO和RS RTE具备优异动态范围和测试精度。切换到高分辨模式，可以测试到更加准确的结果。   RS公司示波器独特的数字触发系统能够触发到最高分辨率的信号，高达16bit的采样点与触发条件比对，并实现触发。这就意味着在小信号触发时，RS公司示波器能够隔离触发更小的信号。   切换到高分辨模式不会影响测试速度和功能。示波器ASIC电路中的数字滤波器能够提高分辨率和噪声抑制，在做实时处理时的捕获率和处理速度依然是非常快的，快速得到测试结果。另外，示波器的所有分析工具，例如自动化测试、FFT分析和历史模式，都可以在高精度模式下使用。.   RS公司示波器高精度选件RS RTO-K17和RS RTE-K17已经正式发布。将在慕尼黑电子展（A1展厅，307展位）上的亮相是其正式发布以来第一次现场演示。欲了解更多信息，请访问www.scope-of-the-art.com/ad/press/rto-k17  

　　VGA(Video Graphics Array)是IBM在1987年随PS／2机一起推出的一种视频传输标准，具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点，在彩色显示器领域得到了广泛的应用。目前VGA技术的应用还主要基于VGA显示卡的计算机、笔记本等设备，而在一些既要求显示彩色高分辨率图像又没有必要使用计算机的设备上，VGA技术的应用却很少见到。本文对嵌入式VGA显示的实现方法进行了研究。基于这种设计方法的嵌入式VGA显示系统，可以在不使用VGA显示卡和计算机的情况下，实现VGA图像的显示和控制。系统具有成本低、结构简单、应用灵活的优点，可广泛应用于超市、车站、飞机场等公共场所的广告宣传和提示信息显示，也可应用于工厂车间生产过程中的操作信息显示，还能以多媒体形式应用于口常生活。 　　1 显示原理与VGA时序实现 　　通用VGA显示卡系统主要由控制电路、显示缓存区和视频BIOS程序三个部分组成。控制电路如图1所示。控制电路主要完成时序发生、显示缓冲区数据操作、主时钟选择和D／A转换等功能；显示缓冲区提供显示数据缓存空间；视频BIOS作为控制程序固化在显示卡的ROM中。 　　1.1 VGA时序分析 　　通过对VGA显示卡基本工作原理的分析可知，要实现VGA显示就要解决数据来源、数据存储、时序实现等问题，其中关键还是如何实现VGA时序。VGA的标准参考显示时序如图2所示。行时序和帧时序都需要产生同步脉冲(Sync a)、显示后沿(Back porch b)、显示时序段(Display interval c)和显示前沿(Front porch d)四个部分。几种常用模式的时序参数如表1所示。 　　1.2 VGA时序实现 　　首先，根据刷新频率确定主时钟频率，然后由主时钟频率和图像分辨率计算出行总周期数，再把表1中给出的a、b、c、d各时序段的时间按照主计数脉冲源频率折算成时钟周期数。在CPLD中利用计数器和RS触发器，以计算出的各时序段时钟周期数为基准，产生不同宽度和周期的脉冲信号，再利用它们的逻辑组合构成图2中的a、b、c、d各时序段以及D／A转换器的空白信号BLANK和同步信号SYNC。 　　1.3 读SRAM地址的产生方法 　　主时钟作为像素点计数脉冲信号，同时提供显存SRAM的读信号和D／A转换时钟，它所驱动的计数器的输出端作为读SRAM的低位地址。行同步信号作为行数计数脉冲信号，它所驱动的计数器的输出端作为读SRAM的高位地址。由于采用两片SRAM，所以最高位地址作为SRAM的片选使用。由于信号经过CPLD内部逻辑器件时存在一定的时间延迟，在CPLD产生地址和读信号读取数据时，读信号、地址信号和数据信号不能满足SRAM读数据的时序要求。可以利用硬件电路对读信号进行一定的时序调整，使各信号之间能够满足读SRAM和为DAC输入数据的时序要求。 　　1.4 数据宽度和格式 　　如果VGA显示真彩色BMP图像，则需要R、G、B三个分量各8位，即24位表示一个像素值，很多情况下还采用32位表示一个像素值。为了节省显存的存储空间，可采用高彩色图像，即每个像素值由16位表示，R、G、B三个分量分别使用5位、6位、5位，比真彩色图像数据量减少一半，同时又能满足显示效果。 　　2 功能单元设计 　　实现VGA显示，除了实现时序控制，还必须有其他功能单元的支持才能实现完整的图像显示。 　　(1) 控制器：VGA显示有多种模式，需要通过控制器实现模式间切换，还需要对显示的内容进行接收、处理和显示。所以控制器的性能越高，数据更新和显示效果就越好。 　　(2) 显示数据缓存区：VGA显示要求显存速度快、容量大。读速度要达到65MHz以卜，存储容量至少要2MB。可采用高速SRAM或SDRAM作为显示数据缓存。 　　(3) 数模转换器DAC：VGA显示对数模转换DAC有如下要求：一是高速转换，转换的速度应该在80MHz或以上；二是刚步性好，能保证 R、G、B三路信号的同步性；三是有相应的精度。可选择一种包括3路8位高速D／A的专用视频芯片。 　　(4) 数据源及其接口：要提高VGA显示的效率，就要不断更新数据，同时还要保证实时性，因此需要非常高的接口速度。VGA显示卡虽可达到100Mbps的数据更新速度，但是一般设备、特别是嵌入式设备达不到这么高的速度，而且大多数情况下也不需要这么高的数据更新率。目前常用接口为EPP接口、USB接口、TCP／IP、RS232C／485等。其中TCP／IP、EPP接口和USB接口是基于计算机的，速度较快；TCP／IP、RS232C／485是基于网络通信的接口，其中RS485速度虽慢，但应用广泛且容易实现远程控制。 　　在数据源为低速接口时，可以考虑采用 Flash或者SM存储卡等预先存储一些常用的图像显示数据和字库文件，在更新数据时直接应用这些数据，从而加快显示缓存的更新速度。这样既能满足高分辨率图像的显示，又能满足文字信息数据的快速更新。刚时为了存储更多的图像，可以先存储JPEG格式图像，再由控制器解码成BMP位图图像后送到显示缓存显示，这样就相对扩展了Flash的存储空间。同时，由于图像的解码速度要大大快于数据源接口的速度，也就相应提高了显示缓存的数据更新速度。 　　由各功能单元组成的VGA显示硬件结构框图如图3所示。 　　3 显存数据更新与显示的同步实现 　　在VGA显示时，要考虑如何实现显存数据更新与显示的同步进行。解决的方案有以下几种： 　　(1) 采用具有缓存作用的双口RAM，这种方法使用的器件数量多、功耗大、成本高，基本不可取。 　　(2) 采用两组SRAM进行乒乓工作模式，一组SRAM用于显示的同时，另一组SRAM用于图像数据的更新，然后在两组SRAM之间切换。这样做会提高一些成本，而且需要更复杂的总线控制。 　　(3) 利用FPAG／CPLD和SDRAM构造双口SRAM。这种方法实时性好，成本较低，时序控制比较复杂，它是 实现高性能低成本要求的最佳方案。 　　(4) 采用一组SRAM作为显存，可以简化系统设计、降低成本。这时可以考虑利用行时序和帧时序中SRAM总线空闲的时序段，在不关闭图像显示的情况下实现显存SRAM的数据更新。该方法的更新率与数据写速度密切相关，显存的写数据速度越快，该方法的更新率就越高。 　　假设CPU的工作时钟最大为60MHz，并采用JPEG解码更新方式。这时如果将解码缓存区分配在CPU片内内存，则更新数据时直接由内存向SRAM写数据，一次需要0.17μs；如果将解码缓存区分配在片外空间，则更新数据时CPU要先从片外读数据，再向SRAM写数据，这样写一次需要0.25μs。在相邻显示的两帧图像只存在局部差别或更新文本显示信息时，可使用局部数据更新方法，以提高更新率。表2给出了显示每帧图像包含的总线空闲时间，以及在不同解码缓存区分配方式下图像全部更新和10％局部更新的帧率。这里提到的帧率是指对显存数据的更新速度，而不是指图像的屏幕刷新率，它对刷新率没有影响。 　　基于以上方案设计的嵌入式VGA显示系统在只有系统控制板和CRT显示器的情况下实现了嵌入式高分辨率VGA显示。 　　通过对嵌入式VGA显示系统的设计分析和实际使用，得到如下结论： 　　(1) 由于VGA显示是一个高速过程，所以选择器件时要选择高速器件。 　　(2) VGA显示时序要求较严格，时序中的前后沿及同步脉冲宽度都要依照严格的参考数据设置。 　　(3) 在一般情况下，由于数据接口的限制，数据更新率不能达到计算机的水平。通过一些特殊设计，还是能够满足大多数嵌入式VGA的需求。 　　(4) 性能、成本和复杂度要综合考虑，要以系统的实际需求为目标，采用合理而实用的设计方案。

随着铁路提速和高铁的建设，对弓网的监控测量要求越来越高。非接触式弓网检测已成为目前及未来主要的弓网检测手段。非接触式弓网检测主要是采用可见光或红外相机拍摄弓网运行情况，通过图像处理加人工辅助的方式来检查弓网是否正常，是否有潜在的故障隐患。可见光检测相对于红外检测具有分辨率高、拍摄速度快的优点，更适合高速铁路弓网检测。 假设列车的运行速度为250公里/小时，即相当于70米/秒的速度运行。相机架设在机车顶部，每次拍摄的视场是5米*5米，则至少需要每秒拍摄15帧图像才能保证不漏掉弓网支柱及弓网悬挂线等图像。目前能达到每秒15帧以上的相机分辨率有1200万和2500万像素。1200相机的分辨率为4096*3072，满分辨率下的帧频为25FPS，横向分辨率可以达到5000mm/4096≈1.2mm；而对于2500万像素相机，其分辨率为5056*5056，满分辨率下的帧频为27FPS，横向分辨率为5000mm/5056≈1mm。架设在车顶的相机主要是拍摄支柱悬挂情况，因此相机的横向分辨率更重要，纵向的图像有很大一部分都没有用，所以从性价比角度考虑，建议采用1200万相机即可满足要求。 无论是1200万相机还是2500万相机，他们都是Camera Link接口。对于1200万相机，如果按照15FPS的速度拍摄，每秒的数据量为12M*15=180MB，如果拍摄2个小时，原始数据为180MB*3600*2≈1.3TB；对于2500万相机，如果按照15FPS的速度拍摄，每秒的数据量为25M*15=375MB，如果拍摄2个小时，原始数据为375MB*3600*2≈2.7TB。这样海量的数据，如果不压缩，显然无法满足长时间拍摄的需要。 针对以上的分析，提出两种方案。一种方案是将Camera link的原始数据通过光纤转换盒传输到计算机，在计算机上通过图像采集卡实现硬件JPEG压缩；第2种方案是在相机前端采用JPEG2000压缩，然后将压缩数据和缩小的原始图像通过两路千兆网接口传输到计算机。压缩后的数据存储下来，缩小的原始图像作为实时显示用。 具体方案详见附件。或致电13126977907，找尹工