一文解析数字存储示波器的VPO技术

当使用数字存储示波器测量串行传输信号、数字电路上的地址/数据/控制总线、信号元器件上的噪声、复合视频信号或调制信号时，面临的最大困难在于这些信号随机、变化迅速、杂乱或不具备周期性。因此，为了提高捕获这些信号的几率，减少数字存储示波器的处理时间（死区时间）是很有必要的。

配备VPO技术的数字存储示波器使用高密度集成电路将采集到的数据传输到所显示的波形图像。图A展示了波形数据的压缩和量化。例如GDS-3000系列具有一个750帧宽的波形显示区，同时记录长度达到25k点。硬件电路将抓取的波形数据分割成多个数据帧。每个数据帧中的数据通过一组计数矩阵，然后写入一个三维存储矩阵。当所有帧量化完成后，生成一个虚拟的三维结构，如图B所示，存储矩阵的值反映了波形中信号点的出现频率。

图A中，一个计数矩阵由256个计算单元组成。每个单元包含多个比较器和计数器。当8位数据通过捕获存储器到达计数矩阵时，比较器选择相应的计数器。处理大量数据后，部分输入波形由技术矩阵统计计算。

即使硬件架构重复计算750次，这个过程也仅仅需要几百微妙的时间。GDS-3000系列使用并行处理结构，缩短死区时间。以4通道GDS-3000机种为例，它有1024个计数矩阵同时处理输入的波形数据。

一般来说，示波器的波形显示是LCD面板从内部3D存储器矩阵按顺序读取数据、显示数据以及更新存储器的计数，这个时间大约需要16ms。假如不做计数，只写入（覆盖）现有的波形数据，那么波形在显示到屏幕上期间其实更新了多次，而用户看不到这些波形变化。所以，如图所示，在VPO电路中添加了一个老化计时器（AgingTimer）的装置，可以模拟传统CRT（阴极射线管显示器）的具有持续性、老化性的显示效果。当波形数据写入3D存储器矩阵时，老化计时器的技术功能启动，与3D存储器矩阵的值更新。如果老化计时器计数非0值时，3D存储器矩阵逐渐增加波形数据点。相反，当计时器值为0时，3D存储器矩阵将波形数据逐渐删除，直到为0。采用这种方式，示波器抓取的波形不断更新时，而之前抓取的波形可以保留一段时间，时间从100ms至数秒。因此用户可以调整保留时间，达到需要的余辉显示效果。对于肉眼很难观测到的偶发信号，利用VPO技术我们就可以很容易观测到此类信号。