原创 数字荧光示波器：实现模拟示波器的显示效果

数字示波器已渐为中国工程师接受，并成为设计、研发中有效的检测和测量手段，同时，价位开始走下象牙塔。数字示波器的优势在于可提供高带宽、高采样率、大容量的数据存储、以及更好的测试灵活性。
    数字示波器的发展动态如何？为此，《电子工程专辑》主编Yorbe Zhang采访了泰克香港有限公司的中国/香港销售总监邓伟安先生。
Q：你认为目前测量技术的发展趋势是什么？
A：测量技术的发展应超前于工业发展。从工业发展的大趋势来说，信息工业发展最快，话音、图像和数据已日趋融合，测量仪器也会朝着这个方向发展，同时，数字示波器开始替代模拟示波器；另一个趋势是高速、高带宽，越来越快的信号速度提出了这个要求。
    限制模拟示波器发展的第一个因素是放大器，第二个是示波管。模拟与数字示波器的最大区别是：模拟示波器的信号直接推动示波管，然后把波形画出来。示波管与放大器之间的信号传输涉及的技术较复杂，400M基本是它的极限。模拟与数字在一起的示波器就更复杂了。在低档产品的生产测试中，因为模拟示波器在成本方面具有优势，所以还有一定的市场。泰克继98年6月推出第三代TDS500D和TDS700D系列数字示波器后，今年又推出了一款中档的TDS3000 DPO系列，售价3235美元起。
Q：实现高速信号测量的技术难点是什么？
A：满足高速信号测量最重要的指标是信号的带宽。目前泰克在通用示波器领域提供给用户的前端放大器的带宽达到2G；我们另一类针对重复信号的数字采样示波器可以达到50G。对于数字示波器，信号肯定要做A/D转换，然后再做后面的处理，因此在带宽上去的同时，A/D转换的技术也要相应跟上。
    在通用的产品上，泰克四个通道的产品每个通道最高的A/D转换器都可达到5G/S（每秒采样5G点）。有些公司单通道可达到8G，但它是通过拼接实现的，直接单个A/D通道也只可做到5G。
Q：除了信号带宽和A/D转换器，是否还有其他方面的技术？
A：随着信息产业的发展，信号除了高速以外，也变得越来越复杂，而且信号的变化不是固定的，是一个由多种不同频率分量合成的动态信号，我们称其为动态的复杂信号。数字电视、CDMA中的无线数字调制信号都属于这种类型。如果示波器没有很快的波形捕获率，很难把这些变化的信号在屏幕上清晰地表现出来。
    模拟示波器的优势在于具有非常快的波形显示速度，动态信号非常清晰，而且有很明显的亮暗层次。泰克的新型数字荧光示波器就是利用类似这种的显示方式，使工程师能够在复杂信号里看到更多的细节，看到它随时间变化的信息。以TDS3000系列为例，它以20M/s来获取波形，而且同时以100M/s的样点往屏幕输送进行显示，可实现模拟示波器的显示效果。数字荧光示波器是很重要的技术突破。
Q：数字示波器在测量功能方面有何进展？
A：示波器发展到今天，不仅仅在指标上满足用户测量需要，同时在触发能力和波形的测量能力上也有很大的发展。在泰克的新一代示波器里不仅仅包含以前的脉冲参数、自动测量、统计测量和直方图测量的功能，同时我们在新的平台里也开发了一个基于Java语言的应用软件平台，主要用途是满足某些行业的特殊测量需求。Java技术可以把某些专用测量、参数测量和仪器的设置集成在一个软件包里，用户只要把这个软件包安装到示波器里就可以把它变成一个专业的测试仪表，有时只需设定一个参数就可得到特定的测量结果。TDS500、TDS600和TDS700等高档示波器已具备这个功能。
Q：目前已经实现的有哪些测量功能？
A：一个是磁盘驱动器的测量，主要是针对磁盘驱动器工业开发的软件，包括光盘、硬盘和软驱的控制机构、读写磁头参数的测量。另一个是针对功率电子和功率器件的专业测试软件，它符合国际电工委员会的标准，配合相应的电流探头，可以做电压、电流、谐波分析等参数的测量。使用者不需要再做加减乘除的运算，如果需要做谐波分析只需按一个按纽就可以很方便地测量，而且功率因数等一些具体的数值都可在屏幕上显示出来。另外，还有针对目前通信产业的抖动测量软件，专门应用于对时钟要求特别高的系统里，如传输系统、雷达等，针对时钟做精确的分析。
Q：数字示波器的发展受哪些因素的限制？
A：主要还是带宽和采样速度。如果信号是单次的，采样率就必须要比带宽高出好几倍才能很精确地把单次信号准确地显示出来。我们发明了一个超采样的方法，在一个500M的信号中都可以至少采集4个点，通过这4个点再加上数字信号处理技术，就可以把这些点更有效地显示出来。另一方面是如何把这些先进的技术普及化，提供高性价比的产品，泰克的很多产品中都采用了DSP和ASIC技术。
Q：你认为中国工程师需要的主流示波器是什么？
A：在通用示波器领域，为了面对高速信号的测量，无论在系统调试还是在常规测试方面，都应该能够看到比较快的信号。在通讯行业，现在的传输速度从622M到几个G，而且在产品开发过程中，无论是数字信号还是模拟信号，速度也非常快。这是目前设计工程师们应该首先考虑的问题。