原创 使用4000系列数字荧光示波器进行视频测量(二)

使用4000系列数字荧光示波器进行视频测量(二)

来源：今日电子/21IC  作者：泰克科技（中国）有限公司

光标

光标提高了屏幕上手动测量的速度和精度。水平光标可以测量信号幅度，垂直光标则可以更简便地测量信号定时。在触发类型设置为NTSC时，甚至可以在IRE中显示幅度读数。

图7 通过4000系列的自动设置功能，用户只需按一个按钮，就可以设置示波器进行视频测量

信号调节

端接

大多数视频系统是为了以指定阻抗传送已知幅度的信号设计的。端接不当会劣化频响，因此视频测量精度取决于能否把信号端接到精确的电阻中，其通常为75Ω。在较低的频率上，可以使用简单的75Ω馈通端接(部件编号011-0055-02)。在较高的频率上，端接必须与传输线(通常是同轴电缆)的阻抗相匹配。端接阻抗必须有精确的电阻，电抗可以忽略不计(也称为使回波损耗达到最大，使电压驻波比达到最小)。如图8所示，AMT75指定带宽为1GHz，为视频应用提供了精确的端接能力。

图8 泰克AMT75(其中显示了AFTDS适配器)为视频应用提供了精确的端接能力

视频箝

在模拟视频测量中，常见的异常信号是AC线路电压产生的低频杂音。如果没有消除这个杂音，它会导致信号在显示器上来回漂移，可能会导致触发点变化。泰克提供的视频钳(部件编号013-0278-01)可以有效消除AC杂音及信号上的任何DC偏置。如果信号是AC耦合信号，那么视频钳还会消除平均图像电平变化产生的低频变化。视频钳基本上作为预处理器使用，在所有标准视频信号上提供“后沿”钳位。

常用视频信号测量

基本监测

在监测模拟视频信号时，支持辉度等级显示的示波器是最重要的调试工具。在DSO显示屏上看不到的细微信号变化会直接决定视频系统能否正常运行。

直播视频的行速率辉度等级显示

最基本的模拟视频显示画面是行信号幅度随时间变化。通过使用All Lines触发模式，触发同步信号前沿，可以简便地获得这个画面。

支持辉度等级显示(及拥有足够高的波形捕获速率，可以捕获每一行)的数字荧光示波器提供了与波形监测仪类似的用户熟悉的行速率显示画面(参见图9)。

图9 数字荧光示波器上显示的用户熟悉的信号幅度随时间变化和视频行速率，其中包括的辉度等级显示外观与波形监测仪类似

幅度测量

自电视问世以来，系统单位增益概念一直具有重要意义。视频幅度标准化允许我们设计每个系统单元，实现最佳的信噪比性能，自由交换信号和信号路径。在设置模拟视频幅度时，仅仅调节信号路径中最后一台设备的输出电平是不够的。应调节每一台设备，相应地从输入到输出传送信号。在数字格式中，保持视频幅度的重要性大大提高。系统中充足的模拟视频幅度可以保证在数字化过程中使用最优数量的量化电平，复现令人满意的图像。除保持正确的色彩平衡、对比度和亮度外，必须在色域极限范围内控制视频幅度，以遵守传输法规，有效地转换成其他视频格式。

通过使用示波器，可以以多种方式进行幅度测量。最简便的方式是简单地比较信号与IRE或mV视频格线，进行相应测量。然后，可以使用示波器的水平光标，进行更精确的测量。最后，可以使用示波器的自动测量套件及光标选通，累积测量统计数据，分析测量期间变化。图10和图11是在标清和高清视频信号上进行的常见幅度测量实例。

图10 NTSC信号上幅度测量实例。使用示波器的峰到峰测量功能测量色彩突发的峰到峰幅度

图11 在1080i/60 HDTV 100%色条信号中，使用光标测量Y信号白电平幅度及从0H到活动视频的时间

定时测量

定时和同步对保证视频输出信号兼容其他设备至关重要。预计在视频信号内会以固定间隔及特定时间发生水平和垂直视频同步信号。这些脉冲放置不当，会导致设备输出不正确地锁定另一台设备，可能会导致图像干扰或完全未锁定图像以及图像滚动或未同步。因此，保证输出设备的同步信号满足相应视频标准的规范和容限十分重要。例如，活动图像应发生在特定开始时间和结束时间内部，保证图像在显示画面内正确居中。如果活动视频开始得太快，不满足标准定时会导致图像第一部分不能显示；如果活动视频结束得太迟，则会导致图像的最后部分被削掉。

定时测量的方式与幅度测量类似。最简便的方法也是使用格线进行目视比较。如果想进行更精确的测量，那么可以使用光标或示波器的自动测量套件。图12说明了测量NTSC信号上的水平消隐间隔。

图12 在NTSC色条信号上，测量从同步到活动视频开始的水平消隐间隔

在分量视频中，传送每个信号的信号路径完全相同，因为不同长度的电缆或每条通道不同处理时间会导致频道间定时错误。这些错误一般会在图像中导致散射效应或Luma-Chroma位移，如图13a和图13b所示，我们使用色条测试信号，测量从绿色跳变到洋红色时频道之间的跳变时间。这种跳变非常重要，因为色条电平之间的电压变化最大。在图13a中，所有频道都以希望的方式交叉在一起。但在图13b中，我们看到Pb信号发生延迟，这可能是由于额外的电缆长度或处理时间引起的。

图13a 在100%色条信号从绿色跳变到洋红色的过程中，校正流明(Y)和色差信号(Pb和Pr)的定时

图13b 测量由于额外的电缆长度或延迟时间导致的Pb信号延迟

视频频响

在模拟视频系统中，会在必要的地方平衡视频频响，以补偿长电缆中的高频视频信号损耗。其目标是使系统的每个阶段“平坦化”，以便所有视频频率都经过系统，而没有增益或损耗。在数字系统中，高频损耗只影响传送数据流(传送层)的能量，而不影响数据数值(数据层)，因此只有在高频损耗非常大、大到不能恢复数据数值时，才会影响视频细节或色彩。

为测试频响，可以对系统应用一个扫描测试信号，这会经过信号的行进行1～30MHz扫描。在理想情况下，应在系统输出上看到一个平坦的响应，如图14a所示。如果扫描信号中的频率在输出阶段的幅度与图14b不同，那么可以使用平衡视频分布放大器进行补偿，把扫描测试信号恢复到原来的值。通过在信号的最大幅度和最小幅度上执行幅度测量，可以使用下面的公式计算频响失真：20log10|Min/-Max|=频响失真。

图14a 模拟HDTV信号行扫描，没有频率滚降，而是一个纯信号

图14b 20MHz以上滚降的影响

色度的XY显示画面

示波器的XY显示模式可以与矢量显示器类似的方式，针对另一个信号显示一个信号。例如，在XY显示模式下，把B-Y信号连接到频道1，把R-Y信号连接到频道2，会得到一个在很大程度上与矢量显示器的显示画面类似的放射状显示画面。使用DPO的优势在于，其辉度等级显示可以显示普通DSO上看不到的信号细节。

图15 4000系列XY模式，用来查看与矢量显示器类似的显示画面。屏幕光标及极座标读数表明了红色矢量的幅度和相位

总结

在本应用指南中，我们演示了使用4000系列数字荧光示波器进行标清和高清系统中常见的各种视频测量。我们演示了辉度等级显示、高波形捕获速率和现代数字示波器功能对进行这些测量的重要意义。这些功能使得4000系列成为调试、检定和检验视频电路和系统的首选工具。