[发明专利]示波器高性能数字荧光波形成像系统

说明书

技术领域

本发明属于信号处理领域，尤其涉及一种示波器高性能数字荧光波形成像 技术。

背景技术

当前的数字荧光示波器都是利用信号捕获、实时波形成像处理来实现在数 字设备上存储和显示模拟波形，但目前这一技术速率低、信号损失率高、显示 效果差。

发明内容

本发明的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种示波器高性能数字荧光波 形成像系统，其实现大量复杂的信号处理计算，并以数字化的形式模拟出荧光 显示的效果，从而在屏幕上显示出三维信息。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，其包括荧光屏、偏转系统和 电子枪，其中电子枪的阴极产生电子，被阳极加速后形成电子束，而电子束受 到X和Y两对偏转板的静电偏转，轰击到荧光屏上产生和偏转板电压变化对应 轨迹的运动光斑，由于人眼的视觉暂留特性以及化学荧光粉的磷光特性，结合 扫描电路的作用，波形将直接显示在荧光屏上。

通过信号分析与处理手段捕获波形、捕获瞬变成分，运用高速、高分辨成 像算法，并以数字化的形式模拟出荧光显示的效果，从而在屏幕上显示出三维 信息(信号的幅度、时间以及幅度随时间出现的频率)。

附图说明

图1为数字荧光成像技术的原理示意图。

图中：1-荧光屏；2-偏转系统；3-电子枪。

具体实施方式

本发明的示波器高性能数字荧光波形成像系统采用高速、高分辨成像算法， 将信号分析与处理手段捕获波形、捕获瞬变成分的信号进行数字化处理，模拟 出荧光显示的效果。高速、高分辨成像算法具有极高的成像速度和成像分辨率， 可达10～50万帧/秒。该算法特别适合于需要快速信号捕捉的示波器应用。该 算法利用了高速存储器和高速逻辑运算单元实现了传统示波管的算法模拟。这 里对该算法进行了大幅度改进，能够在需要时将分辨率提升至512×1024，亮度 等级提升至512级，极大地提高了波形成像效果。

数字荧光成像技术是对模拟示波器的数字化模拟，其原理与模拟示波器十 分类似。图1为数字荧光成像技术的原理示意图。

物理示波管通常包括荧光屏1、偏转系统2和电子枪3三部分。电子枪3的 阴极产生电子，被阳极加速后形成电子束。而电子束受到X和Y两对偏转板的 静电偏转，轰击到荧光屏1上产生和偏转板电压变化对应轨迹的运动光斑。由 于人眼的视觉暂留特性以及化学荧光粉的磷光特性(激发-余辉)，结合扫描电 路的作用，波形将直接显示在荧光屏1上。

先进数字荧光波形成像引擎的工作方式与此类似，其本质是通过对物理示 波管的数字化模拟实现高性能的波形成像技术。数字扫描器产生扫描信号经过 数字光栅的控制在数字荧光体上成像，其成像位置受进入数字光栅的数字化波 形信号流而偏转。而数字荧光体的特性类似于化学荧光粉，被“激发”时会增 加“亮度”，其余时间“亮度”会逐渐衰减。所不同的是，其激发过程和余辉过 程都是完全可编程决定的。在先进数字荧光波形成像引擎中，数字荧光体由高 速半导体存储器实现，其写入时钟频率为300M字/s。由于数字荧光体宽度为512 点，因此可得，理想情况下的波形成像速率：

300M/512＝586kfps

即58.6万帧/秒。但是实际中，由于受到触发响应、流水线延迟等因素以 及快照生成时间的影响，成像速率会略有降低。在扫速较高时，数字光栅在数 字荧光体上的重复扫描速率可达每通道50万帧/秒，大体相当于传统示波管以 250ns/div的速度在一秒钟内重复扫描50万次。每隔一定时间(约16.5ms)， 快照生成器对数字荧光体“拍”下一张快照，并送入显示控制器进行显示处理， 从而在屏幕上显示出完整的信号。