什么是數(shù)字實(shí)時(shí)熒輝技術(shù)？其工作原理是什么？

泰戈?duì)栐?jīng)說(shuō)過(guò)：“天空沒(méi)有翅膀的痕跡，而我已飛過(guò)?！?但事實(shí)卻并非如此，即便是世界上體型最小的蜂鳥(niǎo)，也逃不過(guò)攝像師的相機(jī)，秘訣是只要拍攝速度足夠的快。

那么，在面對(duì)高速運(yùn)動(dòng)和變化的波形時(shí)，該如何快速捕捉波形信息，觀察到隱藏的細(xì)節(jié)和不易察覺(jué)的變化呢？跟隨小編，一起了解RIGOL的數(shù)字實(shí)時(shí)熒輝技術(shù)。

1、什么是數(shù)字實(shí)時(shí)熒輝技術(shù)？

數(shù)字實(shí)時(shí)熒輝技術(shù)，是RIGOL最新研發(fā)的數(shù)據(jù)處理及顯示技術(shù)，并在新推出的DS70000系列高端數(shù)字示波器中得以運(yùn)用。 在數(shù)字實(shí)時(shí)熒輝技術(shù)的幫助下，DS70000實(shí)現(xiàn)了以下功能：

高達(dá)1，000，000 wfms/s的波形捕獲率；

在最高捕獲率的條件下，仍能完成對(duì)所有采集數(shù)據(jù)的處理，實(shí)時(shí)顯示測(cè)量結(jié)果；

波形測(cè)量結(jié)果能夠體現(xiàn)，在指定時(shí)間內(nèi)，波形在屏幕某一位置出現(xiàn)概率。

下面我們以DS70000為例，為大家介紹數(shù)字實(shí)時(shí)熒輝技術(shù)。

2、數(shù)字實(shí)時(shí)熒輝技術(shù)的工作原理

在《百萬(wàn)刷新率，了解一下？》一文中，小編曾經(jīng)介紹過(guò)數(shù)字示波器的工作原理。我們將工作時(shí)的示波器比喻成一臺(tái)高速攝像機(jī)，它不斷地重復(fù)著捕獲信號(hào)、處理信號(hào)，再把信號(hào)以波形圖像的形式顯示在屏幕上的過(guò)程。在文章中，我們展示了高捕獲率示波器在測(cè)量小概率異常信號(hào)時(shí)的優(yōu)秀表現(xiàn)，并證明了只有降低數(shù)字示波器的死區(qū)時(shí)間才能提高波形捕獲率。

但是，死區(qū)時(shí)間主要由示波器本身的CPU等硬件性能所決定，是一個(gè)十分難以提升的技術(shù)指標(biāo)。為了降低死區(qū)時(shí)間，提升波形刷新率，示波器的研發(fā)工程師們可是想出了不少的方法。

序列顯示模式大家之前可能看到過(guò)，國(guó)內(nèi)其他廠商也推出過(guò)捕獲率高達(dá)1，000，000wfms/s的示波器，但細(xì)心的工程師可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在捕獲率指標(biāo)后面有“Sequence模式”的字樣。

若數(shù)據(jù)處理速度有限，在一個(gè)捕獲周期內(nèi)，示波器無(wú)法一次性對(duì)所有捕獲到的輸入波形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，只來(lái)得及處理一段波形數(shù)據(jù)，從而無(wú)法完整地實(shí)時(shí)顯示該段捕獲波形。那么怎么能夠“完整”顯示呢？一些廠商提供了順序模式（Sequence），即分段存儲(chǔ)模式。在該模式下，已處理的波形數(shù)據(jù)暫不顯示，先保存到內(nèi)部存儲(chǔ)器中，等待下一次捕獲時(shí)的另一段波形數(shù)據(jù)，直到經(jīng)過(guò)多次捕獲周期處理后得到了完整的波形數(shù)據(jù)，才在示波器屏幕上進(jìn)行顯示。而其實(shí)在此模式下，這種“完整波形”還有待商榷，畢竟只有其中一段是當(dāng)前捕獲周期內(nèi)實(shí)時(shí)捕獲并顯示出來(lái)的，波形的其他部分則是前幾個(gè)捕獲周期采集到的波形數(shù)據(jù)，部分實(shí)時(shí)波形卻被丟失了。

采用Sequence模式的示波器雖然可以提高波形捕獲率指標(biāo)，但這并不是通常定義下的捕獲率，更像是偷換了捕獲率原有的概念。

實(shí)時(shí)顯示模式 與Sequence模式的實(shí)現(xiàn)方式不同，DS70000示波器采用的是實(shí)時(shí)顯示的方案。實(shí)時(shí)顯示模式是指：示波器在每個(gè)捕獲周期內(nèi)，完成對(duì)捕獲到的所有波形數(shù)據(jù)的處理工作，并將其實(shí)時(shí)顯示到屏幕上。用戶通過(guò)示波器觀測(cè)到的波形中的每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)都是本周期捕獲的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。實(shí)時(shí)顯示模式的工作過(guò)程如下：

只有通過(guò)在每一周期內(nèi)的實(shí)時(shí)采樣、實(shí)時(shí)處理、實(shí)時(shí)顯示，才能避免數(shù)據(jù)丟失，實(shí)現(xiàn)真正的捕獲率指標(biāo)，提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3、數(shù)字實(shí)時(shí)熒輝技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

如前所述，示波器的波形捕獲率是一項(xiàng)難以提升的技術(shù)指標(biāo)，那么采用了數(shù)字實(shí)時(shí)熒輝技術(shù)的DS70000系列示波器，是如何實(shí)現(xiàn)在高達(dá)1，000，000 wfms/s捕獲率的條件下，實(shí)時(shí)顯示測(cè)量波形的呢？ 這就不得不隆重介紹RIGOL工程師潛心十年研發(fā)打造出的UltraVison III硬件平臺(tái)。

UltraVison III是RIGOL推出的第三代硬件平臺(tái)，它具有如下特點(diǎn)：

具有超高的實(shí)時(shí)帶寬

采用的QDR2plus吞吐量達(dá)到86 Gb/s（隨機(jī)讀寫(xiě)性能）

當(dāng)前平臺(tái)的運(yùn)算能力達(dá)到19.5T（每秒處理點(diǎn)數(shù)）

UltraVison III平臺(tái)的卓越性能有效支持了DS70000示波器在每秒捕獲1，000，000次波形的情況下，實(shí)時(shí)完成所有100萬(wàn)次波形數(shù)據(jù)的處理，并繪制顯示波形。 04

數(shù)字實(shí)時(shí)熒輝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

高速捕獲波形

在本文的開(kāi)篇，我們將示波器比喻成一架高速攝像機(jī)，那么拍攝速度會(huì)對(duì)拍攝帶的結(jié)果來(lái)怎樣的影響呢？

一直以來(lái)，蜂鳥(niǎo)都是攝影師最感興趣的拍攝題材，他們身材嬌小，羽毛艷麗，不但飛行速度驚人，還能夠懸停在花朵旁吸食花蜜，被稱為“轉(zhuǎn)瞬即逝的美”。以前人類不知道蜂鳥(niǎo)是如何做到這些的，直到科學(xué)家使用每秒500幀的高速攝像機(jī)（普通手機(jī)拍攝視頻不過(guò)每秒30幀）拍下蜂鳥(niǎo)的運(yùn)動(dòng)影像，再慢速回放，才解開(kāi)了蜂鳥(niǎo)飛行速度背后的秘密。原來(lái)蜂鳥(niǎo)的飛行特質(zhì)源于它超高速頻率震動(dòng)的翅膀，最高可以每秒振翅100次，這遠(yuǎn)超人眼感知的極限。

蜂鳥(niǎo)

和靈動(dòng)敏捷的蜂鳥(niǎo)相比，我們所觀察的波形不但在更加高速地運(yùn)動(dòng)，還可能隱藏著不易察覺(jué)的變化。所謂天下武功唯“快”不破，正如科學(xué)家通過(guò)高速攝像機(jī)揭示蜂鳥(niǎo)的飛行秘密一樣，只有提高示波器捕獲波形的速率，我們才能觀察到更多隱藏在波形信號(hào)中的細(xì)節(jié)。 而DS70000示波器正是為工程師準(zhǔn)備的“高速攝像機(jī)”，它具備1，000，000wfms/s捕獲率，高概率捕獲偶發(fā)異常事件，大大提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

體現(xiàn)波形出現(xiàn)的概率高捕獲率能夠幫助示波器捕捉到小概率發(fā)生的異常事件，但是實(shí)時(shí)刷新顯示測(cè)量結(jié)果可能會(huì)讓觀測(cè)者錯(cuò)過(guò)這一短暫出現(xiàn)的畫(huà)面。只有將采集到的異常波形保持在屏幕上，不讓其消失，才能保證它被觀測(cè)到。但如果將所有采集到的波形都保持下來(lái)，他們將疊加顯示在屏幕上，過(guò)多的歷史信息并不利于我們對(duì)特定異常進(jìn)行有針對(duì)性的觀察。DS70000示波器支持的設(shè)置波形保持時(shí)間的功能，就可以完美解決這些問(wèn)題。

DS70000不但能在每個(gè)捕獲周期內(nèi)完成數(shù)據(jù)處理，實(shí)時(shí)將波形繪制在顯示屏上；還能夠使波形在屏幕上保持指定的時(shí)間后再消失。在這種情況下，在指定的波形保持時(shí)間內(nèi)，多個(gè)捕獲周期繪制的波形就會(huì)疊加顯示在屏幕上。波形在某一位置出現(xiàn)的頻率越高，累加的次數(shù)就越多，屏幕上對(duì)應(yīng)的像素就會(huì)越亮，反之則較暗。和普通的數(shù)字示波器相比，DS70000示波器能通過(guò)波形在顯示器上的亮度（色階），體現(xiàn)波形隨時(shí)間在某一個(gè)位置出現(xiàn)概率的信息，增加了一個(gè)維度。

下面我們可以看到DS70000示波器捕獲到小概率異常信號(hào)，并將其保持在屏幕上持續(xù)顯示，用戶可通過(guò)波形的亮度來(lái)判斷異常波形出現(xiàn)的概率。

顯示更多細(xì)節(jié)下面看一下DS70000測(cè)量波形的顯示效果。首先將水平時(shí)基設(shè)置為5ns，存儲(chǔ)深度設(shè)置為1kpts，觸發(fā)釋抑時(shí)間為默認(rèn)值8ns，此時(shí)波形刷新率達(dá)到最大值1，000，000wfms/s。波形顯示效果如下：

觀察當(dāng)前測(cè)量顯示的波形，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)波形線條較粗。這正是由于DS70000的高刷新率導(dǎo)致的。示波器高速捕獲波形，并將所有捕獲的波形都顯示在屏幕上，經(jīng)過(guò)多次疊加，全面展示了波形的細(xì)節(jié)。

如果此時(shí)通過(guò)調(diào)整觸發(fā)釋抑時(shí)間從8ns到100ms，來(lái)降低波形刷新率，就會(huì)發(fā)現(xiàn)屏幕中顯示波形變細(xì)，并喪失了部分的細(xì)節(jié)。如下圖所示。

5、總結(jié)

RIGOL自主研發(fā)的DS70000系列高端數(shù)字示波器，依托于高性能的UltraVison III硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字實(shí)時(shí)熒輝技術(shù)。不僅能夠在1，000，000wfms/s高捕獲率的條件下實(shí)時(shí)顯示波形，還能夠通過(guò)顯示的輝度體現(xiàn)測(cè)量波形在不同位置出現(xiàn)的概率。

除此之外DS70000系列數(shù)字示波器充分發(fā)揮了RIGOL自主設(shè)計(jì)的“鳳凰座”示波器專用芯片組卓越性能，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)最高的20GSa/s采樣率、5GHz實(shí)時(shí)帶寬。全新的人機(jī)交互設(shè)計(jì)也將為您帶來(lái)超高品質(zhì)的體驗(yàn)。

責(zé)任編輯：lq6