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3分钟玩转数字实时荧辉技术
发布日期:2021-06-10 17:45

泰戈尔曾经说过:"天空没有翅膀的痕迹,而我已飞过。" 但事实却并非如此,即便是世界上体型最小的蜂鸟,也逃不过摄像师的相机,秘诀是只要拍摄速度足够的快。


那么,在面对高速运动和变化的波形时,该如何快速捕捉波形信息,观察到隐藏的细节和不易察觉的变化呢?跟随小编,一起了解RIGOL的数字实时荧辉技术。


1、什么是数字实时荧辉技术?


数字实时荧辉技术,是RIGOL最新研发的数据处理及显示技术,并在新推出的DS70000系列高端数字示波器中得以运用。


在数字实时荧辉技术的帮助下,DS70000实现了以下功能:

高达1,000,000 wfms/s的波形捕获率;

在最高捕获率的条件下,仍能完成对所有采集数据的处理,实时显示测量结果;

波形测量结果能够体现,在指定时间内,波形在屏幕某一位置出现概率。

下面大家以DS70000为例,为大家先容数字实时荧辉技术。


2、数字实时荧辉技术的工作原理


在《百万刷新率,了解一下?》一文中,小编曾经先容过数字示波器的工作原理。大家将工作时的示波器比喻成一台高速摄像机,它不断地重复着捕获信号、处理信号,再把信号以波形图像的形式显示在屏幕上的过程。在文章中,大家展示了高捕获率示波器在测量小概率异常信号时的优秀表现,并证明了只有降低数字示波器的死区时间才能提高波形捕获率。


但是,死区时间主要由示波器本身的CPU等硬件性能所决定,是一个十分难以提升的技术指标。为了降低死区时间,提升波形刷新率,示波器的研发工程师们可是想出了不少的方法。


序列显示模式


大家之前可能看到过,国内其他厂商也推出过捕获率高达1,000,000wfms/s的示波器,但细心的工程师可能已经发现,在捕获率指标后面有“Sequence模式”的字样。



若数据处理速度有限,在一个捕获周期内,示波器无法一次性对所有捕获到的输入波形数据进行处理,只来得及处理一段波形数据,从而无法完整地实时显示该段捕获波形。那么怎么能够“完整”显示呢?一些厂商提供了顺序模式(Sequence),即分段存储模式。在该模式下,已处理的波形数据暂不显示,先保存到内部存储器中,等待下一次捕获时的另一段波形数据,直到经过多次捕获周期处理后得到了完整的波形数据,才在示波器屏幕上进行显示。而其实在此模式下,这种“完整波形”还有待商榷,毕竟只有其中一段是当前捕获周期内实时捕获并显示出来的,波形的其他部分则是前几个捕获周期采集到的波形数据,部分实时波形却被丢失了。


采用Sequence模式的示波器虽然可以提高波形捕获率指标,但这并不是通常定义下的捕获率,更像是偷换了捕获率原有的概念。


实时显示模式


与Sequence模式的实现方式不同,DS70000示波器采用的是实时显示的方案。实时显示模式是指:示波器在每个捕获周期内,完成对捕获到的所有波形数据的处理工作,并将其实时显示到屏幕上。用户通过示波器观测到的波形中的每一个数据点都是本周期捕获的实时数据。实时显示模式的工作过程如下:



只有通过在每一周期内的实时采样、实时处理、实时显示,才能避免数据丢失,实现真正的捕获率指标,提高测量结果的准确性。


3、数字实时荧辉技术的实现


如前所述,示波器的波形捕获率是一项难以提升的技术指标,那么采用了数字实时荧辉技术的DS70000系列示波器,是如何实现在高达1,000,000 wfms/s捕获率的条件下,实时显示测量波形的呢?


这就不得不隆重先容RIGOL工程师潜心十年研发打造出的UltraVison III硬件平台。



UltraVison III是RIGOL推出的第三代硬件平台,它具有如下特点:


具有超高的实时带宽



采用的QDR2plus吞吐量达到86 Gb/s(随机读写性能)

当前平台的运算能力达到19.5T(每秒处理点数)


UltraVison III平台的卓越性能有效支撑了DS70000示波器在每秒捕获1,000,000次波形的情况下,实时完成所有100万次波形数据的处理,并绘制显示波形。


4、数字实时荧辉技术的优势


高速捕获波形


在本文的开篇,大家将示波器比喻成一架高速摄像机,那么拍摄速度会对拍摄带的结果来怎样的影响呢?


一直以来,蜂鸟都是摄影师最感兴趣的拍摄题材,他们身材娇小,羽毛艳丽,不但飞行速度惊人,还能够悬停在花朵旁吸食花蜜,被称为“转瞬即逝的美”。以前人类不知道蜂鸟是如何做到这些的,直到科学家使用每秒500帧的高速摄像机(普通手机拍摄视频不过每秒30帧)拍下蜂鸟的运动影像,再慢速回放,才解开了蜂鸟飞行速度背后的秘密。原来蜂鸟的飞行特质源于它超高速频率震动的翅膀,最高可以每秒振翅100次,这远超人眼感知的极限。


蜂鸟


和灵动敏捷的蜂鸟相比,大家所观察的波形不但在更加高速地运动,还可能隐藏着不易察觉的变化。所谓天下武功唯“快”不破,正如科学家通过高速摄像机揭示蜂鸟的飞行秘密一样,只有提高示波器捕获波形的速率,大家才能观察到更多隐藏在波形信号中的细节。


而DS70000示波器正是为工程师准备的“高速摄像机”,它具备1,000,000wfms/s捕获率,高概率捕获偶发异常事件,大大提高测量结果的准确性。


体现波形出现的概率


高捕获率能够帮助示波器捕捉到小概率发生的异常事件,但是实时刷新显示测量结果可能会让观测者错过这一短暂出现的画面。只有将采集到的异常波形保持在屏幕上,不让其消失,才能保证它被观测到。但如果将所有采集到的波形都保持下来,他们将叠加显示在屏幕上,过多的历史信息并不利于大家对特定异常进行有针对性的观察。DS70000示波器支撑的设置波形保持时间的功能,就可以完美解决这些问题。


DS70000不但能在每个捕获周期内完成数据处理,实时将波形绘制在显示屏上;还能够使波形在屏幕上保持指定的时间后再消失。在这种情况下,在指定的波形保持时间内,多个捕获周期绘制的波形就会叠加显示在屏幕上。波形在某一位置出现的频率越高,累加的次数就越多,屏幕上对应的像素就会越亮,反之则较暗。和普通的数字示波器相比,DS70000示波器能通过波形在显示器上的亮度(色阶),体现波形随时间在某一个位置出现概率的信息,增加了一个维度。



下面大家可以看到DS70000示波器捕获到小概率异常信号,并将其保持在屏幕上持续显示,用户可通过波形的亮度来判断异常波形出现的概率。



显示更多细节


下面看一下DS70000测量波形的显示效果。首先将水平时基设置为5ns,存储深度设置为1kpts,触发释抑时间为默认值8ns,此时波形刷新率达到最大值1,000,000wfms/s。波形显示效果如下:



观察当前测量显示的波形,大家会发现波形线条较粗。这正是由于DS70000的高刷新率导致的。示波器高速捕获波形,并将所有捕获的波形都显示在屏幕上,经过多次叠加,全面展示了波形的细节。


如果此时通过调整触发释抑时间从8ns到100ms,来降低波形刷新率,就会发现屏幕中显示波形变细,并丧失了部分的细节。如下图所示。



5、总结


RIGOL自主研发的DS70000系列高端数字示波器,依托于高性能的UltraVison III硬件平台,实现了数字实时荧辉技术。不仅能够在1,000,000wfms/s高捕获率的条件下实时显示波形,还能够通过显示的辉度体现测量波形在不同位置出现的概率。


除此之外DS70000系列数字示波器充分发挥了RIGOL自主设计的“凤凰座”示波器专用芯片组卓越性能,实现了国内最高的20GSa/s采样率、5GHz实时带宽。全新的人机交互设计也将为您带来超高品质的体验。



关键词:数字实时荧辉技术 RIGOL 数字示波器
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来 源:普源精电 RIGOL
编辑:清风
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