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| 发布时间：2010.09.04 新闻来源：广州明控科技 浏览次数： | ||||||
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波形显示的基本原理 由示波管的原理可知，一个直流电压加到一对偏转板上时，将使光点在荧光屏上产生一个固定位移，该位移的大小与所加直流电压成正比。如果分别将两个直流电压同时加到垂直和水平两对偏转板上，则荧光屏上的光点位置就由两个方向的位移所共同决定。 如果将一个正弦交流电压加到一对偏转板上时，光点在荧光屏上将随电压的变化而移动。参见图5-4可知，当垂直偏转板上加一个正弦交流电压时，在时间t=0的瞬间，电压为Vo（零值），荧光屏上的光点位置在坐标原点0上，在时间t=1的瞬间，电压为V1（正值），荧光屏上光点在坐标原点0点上方的1上，位移的大小正比于电压V1；在时间t=2的瞬间，电压为V2（最大正值），荧光屏上的光点在坐标原点0点上方的2点上，位移的距离正比于电压V2；以此类推，在时间t=3，t=4，…，t=8的各个瞬间，荧光屏上光点位置分别为3，4，…，8点。在交流电压的第二个周期、第三个周期……都将重复第一个周期的情况。如果此时加在垂直偏转板上的正弦交流电压之频率很低，仅为lHz～2Hz，那么，在荧光屏上便会看见一个上下移动着的光点。这光点距离坐标原点的瞬时偏转值将与加在垂直偏转板上的电压瞬时值成正比。如果加在垂直偏转板上的交流电压频率在10Hz～20Hz以上，则由于荧光屏的余辉现象和人眼的视觉暂留现象，在荧光屏上看到的就不是一个上下移动的点，而是一根垂直的亮线了。该亮线的长短在示波器的垂直放大增益一定的情况下决定于正弦交流电压峰一峰值的大小。如果在水平偏转板上加一个正弦交流电压，则会产生相类似的情况，只是光点在水平轴上移动罢了。 如果将一随时间线性变化的电压（如锯齿波电压）加到一对偏转板上，则光点在荧光屏上又会怎样移动呢？参看图5-5可见，当水平偏转板上有锯齿波电压时，在时间t=0瞬间，电压为Vo（最大负值），荧光屏上光点在坐标原点左侧的起始位置（零点上），位移的距离正比于电压Vo；在时间t=1的瞬间，电压为V1（负值），荧光屏上光点在坐标原点左方的1点上，位移的距离正比于电压V1；以此类推，在时间t=2，t=3，...，t=8的各个瞬间，荧光屏上光点的对应位置是2，3，…，8各点。在t=8这个瞬间，锯齿波电压由最大正值V8跃变到最大负值Vo，则荧光屏上光点从8点极其迅速地向左移到起始位置零点。如果锯齿波电压是周期性的，则在锯齿波电压的第二个周期、第三个周期、……都将重复第一个周期的情形。如果此时加在水平偏转板上的锯齿波电压频率很低，仅为1Hz ～2Hz，在荧光屏上便会看见光点自左边起始位置零点向右边8点处匀速地移动，随后光点又从右边8点处极其迅速地移动到左边起始位置零点。上述这个过程称为扫描。在水平轴加有周期性锯齿波电压时，扫描将周而复始地进行下去。光点距离起始位置零点的瞬时值，将与加在偏转板上的电压瞬时值成正比。如果加在偏转板上的锯齿波电压频率在10Hz～20Hz以上，则由于荧光屏的余辉现象和人眼的视觉暂留现象，就看到一根水平亮线，该水平亮线的长度，在示波器水平放大增益一定的情况下决定于锯齿波电压值，锯齿波电压值是与时间变化成正比的，而荧光屏上光点的位移又是与电压值成正比的，因此荧光屏上的水平亮线可以代表时间轴。在此亮线上的任何相等的线段都代表相等的一段时间。 如果将被测信号电压加到垂直偏转板上，锯齿波扫描电压加到水平偏转板上，而且被测信号电压的频率等于锯齿波扫描电压的频率，则荧光屏上将显示出一个周期的被测信号电压随时间变化的波形曲线（如图5-6所示）。由图5-6所示可见，在时间t=0的瞬间，信号电压为Vo（零值），锯齿波电压为V0′（负值），荧光屏上光点在坐标原点左面，位移的距离正比于电压V0′；在时间t=1的瞬间，交流电压为V1（正值），锯齿波电压为V1′（负值），荧光屏上光点在坐标的第Ⅱ象限中。同理，在时间t=2，t=3，…，t=8的瞬间，荧光屏上光点分别位于2，3，…，8点。在t=8瞬间，锯齿波电压由最大正值V8′跳变到最大负V0′，因而荧光屏上的光点也从8点极其迅速地向左移到起始位置0点。以后，在被测周期信号的第二个周期、第三个周期……都重复第一个周期的情形，光点在荧光屏上描出的轨迹也都重叠在第一次描出的轨迹上。所以，荧光屏上显示出来的被测信号电压是随时间变化的稳定波形曲线。 若被测信号电压的频率等于锯齿波电压频率整数倍数时，则荧光屏上将显示出周期为整数的被测信号稳定波形。而当被测信号电压的频率与锯齿波电压的频率不成整数倍数时，则荧光屏上不能获得稳定的波形，如图5-7所示。在图5-7中，第一次扫描时，屏上显示的是0～1这段波形曲线；第二次扫描时，屏上显示1～2这段波形曲线；第三次扫描时，屏上显示2～3这段波形曲线；……可见，每次荧光屏上显示的波形曲线都不同，所以图形不稳定。 由上述可见，为使荧光屏上的图形稳定，被测信号电压的频率应与锯齿波电压的频率保持整数比的关系，即同步关系。为了实现这一点，就要求锯齿波电压的频率连续可调，以便适应观察各种不同频率的周期信号。其次，由于被测信号频率和锯齿波振荡信号频率的相对不稳定性，即使把锯齿波电压的频率临时调到与被测信号频率成整倍数关系，也不能使图形一直保持稳定。因此，示波器中都设有同步装置。也就是在锯齿波电路的某部分加上一个同步信号来促使扫描的同步，对于只能产生连续扫描（即产生周而复始连续不断的锯齿波）一种状态的简易示波器（如国产SB-10型示波器等）而言，需要在其扫描电路上输入一个与被观察信号频率相关的同步信号，当所加同步信号的频率接近锯齿波频率的自主振荡频率（或接近其整数倍）时，就可以把锯齿波频率“拖入同步”或“锁住”。对于具有等待扫描（即平时不产生锯齿波，当被测信号来到时才产生一个锯齿波进行一次扫描）功能的示波器（如国产ST-16型示波器、SBT-5型同步示波器、SR-8型双踪示波器等等）而言，需要在其扫描电路上输入一个与被测信号相关的触发信号，使扫描过程与被测信号密切配合。这样，只要按照需要来选择适当的同步信号或触发信号，便可使任何欲研究的过程与锯齿波扫描频率保持同步。 今年6月底，R&S公司推出了两个新产品系列，并以此为基础进入全球示波器市场。原本没有示波器产品的R&S凭借这一动作，进一步拓宽了其测试与测量的业务范围，三足鼎立的示波器市场也因此多了一个强劲的竞争对手。 示波器市场稳定增长 作为电子行业最常用的通用设备之一，示波器市场几十年来一直稳定增长，年销售额在10亿美元以上。研究数据表明，目前示波器在中国通用测试市场产品中占据约1/3的市场份额，相比以前，其市场比重有所上升。这进一步说明示波器在整体测试测量仪器产品中的市场地位逐渐增强。 随着示波器各行业用户需求的不断提升及相应性能的不断完善，示波器在整个测试测量行业中的重要作用将日益凸显。 安捷伦科技数字测试部亚太区市场经理杜吉伟介绍说，一般人认为数字时代的来临，会带动逻辑分析仪的市场，而事实上是更多地带动了示波器的普及，具体体现在以下几个方面： 第一，FPGA（现场可编程门阵列）的广泛应用，即使是专用芯片的设计，往往是用FPGA先做原型，复杂的FPGA验证需要逻辑分析仪，但众多的场合使用混合信号示波器就可以了。 第二，串行总线的普及（单片机和可程控器件），为减小电子产品的尺寸，工程师们倾向于将原本在并行总线上的数据，转变成串行格式用一根或两根信号线来传递，所有总线的物理层测试都需要使用示波器。 第三，原来很多用模拟电路实现的部分，转到数字电路部分来实现，原来用频谱仪测试的部分，现在要用示波器或逻辑分析仪测试。 第四，数字视频已经从DVI（数字视频接口）发展到HDMI（高清晰度多媒体接口）和DisplayPort，移动视频技术则有MIPI（移动产业处理器接口），这些都需要示波器完成一致性测试；比如，MIPI刚刚被一些公司采用，测试方案已经推出。“因此，在数字时代，示波器不仅在发挥作用，而且发挥着更多的作用，在某些方面甚至超越了传统示波器的作用。”杜吉伟表示。 或许正因为示波器的重要作用，才使得R&S下定决心在这个领域分得一杯羹。R&S中国区首席代表和总经理吴克表示：“示波器产品的推出对R&S来说具有里程碑意义，R&S在示波器领域即便花费10年亦或是15年都会争取世界前三名的位置。” 技术向多个趋势发展 示波器技术发展到今天，基本上是美国公司主打天下。10亿美元的示波器市场包括各种各样的应用，因此厂家推出不同的示波器来满足不同场合的需要。而且唱主角的几家大公司引领着示波器技术不断发展。 杜吉伟告诉记者，示波器技术未来走向，往往由几个因素决定，包括上市时间压力、技术成熟度、行业需求、同行竞争互动等。他认为，低端示波器注重价格，高端示波器注重性能，因此技术的发展趋势不是呈单一方向，而是向几个或多个方向发展。 罗德与施瓦茨（R&S）中国有限公司马志刚博士总结了人们对示波器的需求：性能优异的射频前端、高精度数字采样系统、高的波形捕获率、多样稳定的触发系统、更大的存储深度、更多的应用选件以及更加易用。 带宽对于示波器十分重要，杜吉伟介绍说，以高端实时示波器为例，目前的最高带宽是安捷伦推出的32GHz带宽90000X系列示波器，其核心技术是前置放大器带宽直接做到32GHz模拟带宽。这是因为安捷伦拥有成熟的磷化铟半导体工艺技术，以及射频微波三维封装技术，并解决了氮化铝散射材料应用在芯片组封装的技术难题，而还没有掌握这种高端技术的公司则必须想其他办法提升示波器带宽。 泰克公司大中华区分销业务技术营销经理邓锦辉在接受《中国电子报》记者采访时表示，增加通道数量应该也是示波器满足嵌入式设计工程师需求的一个趋势，而混合示波器是理想的解决方案。“去年10月，泰克推出了业界第一款高性能混合信号示波器MSO70000，带宽最高可达20GHz，它也是目前世界上速度最快的混合信号示波器。”邓锦辉介绍说。 竞争日趋激烈 可以看到，整个示波器市场按照带宽（应用）来细分，可分为高端市场（4GHz以上）、中端市场（350MHz至1GHz）、低端市场（500MHz以下），每个公司的定义和划分稍有不同。目前，这个领域的主要国外厂商有泰克、安捷伦、力科，加上新进入的R&S。当然还有很多本土厂商，他们中目前也有推出最高带宽1GHz示波器的。 邓锦辉介绍说，泰克目前提供从40MHz～20GHz的完善示波器系列，满足了市场最广的应用需求。“你可以看到，中端和低端市场正受到厂家们越来越多的重视，由于这块市场拥有极大的用户群，从研发、生产到基础的教育，开拓潜力很大，大家都纷纷觊觎这块蛋糕，当然也吸引了一些新厂商的加入。”邓锦辉总结说。 “在高端，安捷伦以其信号完整性的绝对优势，逐步扩大市场份额，在HDMI方面基本上占有压倒性优势。”杜吉伟告诉记者。从应用的角度看，安捷伦强调并扩大其硬件快速反应能力，以及在电路研发调试、寻找偶发故障方面的优势，在其非Windows平台（InfiniiVision系列）的示波器上，独有的技术使得波形捕获率在深存储条件下，仍可高达10万次波形每秒。在未来的新产品中，安捷伦会进一步利用这一核心技术，延伸更多附加功能，扩大对研发客户的吸引力。在生产型客户群中，则以其独有的LXI小尺寸、无面板示波器分一杯羹，目前模块化示波器带宽已经覆盖到13GHz。 对于新进入示波器领域的R&S公司也凭借两个系列产品占领部分市场，其RTO产品系列，带宽1GHz和2GHz，定位于高性能需求的领域；RTM产品系列，带宽500MHz，主要应用于通信电子信号测量领域，满足科研、学校、生产、维护等需求。 |
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