視頻信號(hào)的波形非常復(fù)雜，而且圖像信號(hào)與時(shí)序信號(hào)還經(jīng)常混合在一起，各種信號(hào)采用不同的標(biāo)準(zhǔn)和制式，并各有自己的特點(diǎn)。某些視頻測(cè)量要求采用專門儀器，如工業(yè)用波形監(jiān)視器、視頻測(cè)量器以及矢量顯示器等，但是多數(shù)還是可以采用通用示波器快速簡(jiǎn)便地完成測(cè)量，本文介紹利用TDS5000數(shù)字示波器進(jìn)行視頻信號(hào)的基本測(cè)量。
目前的設(shè)計(jì)人員和工程師只能在兩種示波器之間進(jìn)行選擇，即模擬實(shí)時(shí)示波器和數(shù)字存儲(chǔ)示波器(DSO)。由于兩種各有其明顯優(yōu)勢(shì)，所以許多用戶希望能同時(shí)擁有兩種儀器。
模擬示波器可以快速捕捉信號(hào)，顯示器能顯示出信號(hào)強(qiáng)度的不同，為波形提供一個(gè)實(shí)時(shí)的大小尺寸。不同的亮度清楚地顯示出信號(hào)不同部分的頻率，使得有經(jīng)驗(yàn)的用戶在調(diào)試系統(tǒng)時(shí)能迅速指出信號(hào)的質(zhì)量狀況，發(fā)現(xiàn)異常情況，并得到實(shí)時(shí)反饋。
DSO則有一些模擬示波器所沒有的功能，如自動(dòng)測(cè)量、復(fù)雜觸發(fā)、波形存儲(chǔ)以及硬拷貝能力。DSO的缺陷在于信號(hào)采集過程的每一步都要用到有微處理器參與的串行處理結(jié)構(gòu)，所以信號(hào)捕捉速率太慢，不能準(zhǔn)確描繪復(fù)雜的視頻信號(hào)，并缺少排除故障所需要的亮度層次信息。
數(shù)字熒光示波器
數(shù)字熒光示波器(DPO)兼具模擬和數(shù)字示波器的優(yōu)點(diǎn)。DPO能提供DSO所有的傳統(tǒng)功能，從數(shù)字存儲(chǔ)到復(fù)雜觸發(fā)，同時(shí)它還能捕捉波形信息并以三維的形式顯示出來，包括幅度、時(shí)間以及幅度在時(shí)間上的分布，這一點(diǎn)又非常像模擬示波器。DPO用數(shù)字的方法模仿化學(xué)磷光過程，在CRT上產(chǎn)生出不同的亮度等級(jí)效果。
DPO的性能主要來自于它的并行處理結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可把數(shù)字化波形數(shù)據(jù)用光柵的方式映射到一個(gè)稱作“數(shù)字熒光”的數(shù)據(jù)庫(kù)中，大約每隔三十分之一秒將存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)的信號(hào)圖像直接傳送給顯示系統(tǒng)，同時(shí)與集成化采集/顯示系統(tǒng)并行的微處理器執(zhí)行波形計(jì)算、測(cè)量和前面板控制。有些高級(jí)DPO還帶有DPX波形成像處理器，這是一種專用ASIC芯片，可使波形捕捉速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于DSO，這種快速波形捕捉能使用戶深入了解信號(hào)活動(dòng)和瞬間變化，如短小脈沖、干擾和轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤等。
TDS5000系列的信號(hào)捕捉速率達(dá)到每秒100,000個(gè)波形，而多數(shù)DSO每秒只能捕捉到100到5,000個(gè)波形。雖然有些DSO可用一種特殊方式將多個(gè)捕捉結(jié)果裝入大容量存儲(chǔ)器中然后再顯示并交替這樣做，但這也只能暫時(shí)使速度提高到每秒約40,000個(gè)波形。
模擬示波器與DPO一樣都具有快速波形捕捉和亮度分級(jí)顯示的特性，但遺憾的是模擬示波器卻沒有DSO和DPO所具備的很多基本功能，如自動(dòng)測(cè)量、高級(jí)觸發(fā)、波形計(jì)算以及波形存儲(chǔ)等等。實(shí)際上DPO兼具模擬和DSO結(jié)構(gòu)兩者的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)又避免了它們的缺點(diǎn)。
采集和顯示模式
對(duì)眾多視頻工程師來講，最關(guān)鍵的顯示問題是要有一個(gè)分級(jí)的亮度顯示模式。這種在模擬示波器和波形監(jiān)視器中已廣為熟悉的功能，通過改變采樣顯示的亮度來表征信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性。TDS5000系列DPO也能進(jìn)行這種亮度分級(jí)顯示，通過定性的亮度信息使用戶觀測(cè)到信號(hào)的微妙細(xì)節(jié)和變化情況。由于大多數(shù)DSO無法獲得足夠的數(shù)據(jù)以準(zhǔn)確反映復(fù)雜視頻信號(hào)，所以用戶不得不依賴特殊的采集和顯示模式進(jìn)行補(bǔ)償。
視頻測(cè)量特性
TDS5000的視頻專用特性非常有利于視頻信號(hào)的測(cè)量。它采用格子線，以工程師熟悉的方式顯示信號(hào)，幫助用戶迅速描述信號(hào)的特征，而且“軟件格”功能使示波器自動(dòng)將視頻信號(hào)按所選格進(jìn)行縮放，從而能更容易觀察捕捉到的信號(hào)。
利用各種指針還可以更加快速準(zhǔn)確地在屏幕上進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量，其中水平指針測(cè)量信號(hào)的幅度，垂直指針測(cè)量信號(hào)的時(shí)間。配對(duì)式指針能同時(shí)測(cè)量同一通道上的相對(duì)幅度和時(shí)間參數(shù)，而分離式指針則使指針在不同波形上進(jìn)行測(cè)量。
TDS5000系列視頻觸發(fā)包括NTSC、PAL、SECAM制式，以及幾種模擬HDTV標(biāo)準(zhǔn)和“定制”的非標(biāo)視頻制式。不同的模擬HDTV制式要求不同的HDTV觸發(fā)設(shè)置，各種制式的有效線數(shù)、掃描類型和幀/場(chǎng)頻等都各不相同(表1)。
常見視頻信號(hào)測(cè)量
視頻信號(hào)監(jiān)控在監(jiān)控模擬視頻信號(hào)時(shí)，具有分級(jí)亮度顯示的示波器是一個(gè)很有用的故障排除工具。憑借信號(hào)的微妙變化就可區(qū)分出工作正常與不正常的視頻系統(tǒng)，而DSO卻看不到這樣的信號(hào)。
活動(dòng)視頻信號(hào)的線速率亮度分級(jí)顯示信號(hào)幅度與時(shí)間的關(guān)系是最基本的模擬視頻信號(hào)測(cè)量，利用全線觸發(fā)模式在同步上升沿觸發(fā)可以很容易將這種關(guān)系顯示出來。新型數(shù)字熒光示波器帶有亮度分級(jí)顯示，同時(shí)波形捕捉速率很高，能捕捉每一線信號(hào)，可以工程師所熟悉的類似于波形監(jiān)視器的方式顯示出線速率(圖1)。
色度XY顯示示波器XY顯示模式以矢量顯示器方式給出一種信號(hào)相對(duì)于另一種信號(hào)的關(guān)系。例如將B-Y信號(hào)連接到通道1，R-Y信號(hào)接到通道2之后，就能看到和矢量顯示器一樣的徑向顯示樣式。DPO具有強(qiáng)度分級(jí)顯示的優(yōu)點(diǎn)，可表現(xiàn)出信號(hào)的細(xì)節(jié)，而這在普通DSO上卻沒有。
幅度測(cè)量在示波器上可以用多種方法進(jìn)行幅度測(cè)量。例如，為了測(cè)量NSTC脈沖信號(hào)的峰-峰值，只需將信號(hào)與TDS5000示波器的IRE視頻格線比較即可；為了分析一段時(shí)間之后的變化，示波器還能自動(dòng)進(jìn)行若干次測(cè)量并將測(cè)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存起來。
時(shí)間測(cè)量時(shí)間測(cè)量對(duì)多信號(hào)模擬系統(tǒng)特別重要，通道之間很小的時(shí)間差別會(huì)在圖象監(jiān)視器上產(chǎn)生邊緣效應(yīng)，多通道示波器最重要的用途就是能顯示各通道之間相關(guān)的時(shí)間差異。與模擬示波器不同的是，DPO也能自動(dòng)進(jìn)行時(shí)間測(cè)量并將這些測(cè)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存起來(圖2)。
模擬HDTV測(cè)量
用于標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視信號(hào)測(cè)量的技術(shù)同樣適用于高清晰度模擬信號(hào)，不過各種HDTV制式確實(shí)會(huì)使一些任務(wù)更加復(fù)雜，因?yàn)楣こ處熀驮O(shè)計(jì)人員要保證其產(chǎn)品符合多種模擬HDTV制式規(guī)范。
HDTV幅度測(cè)量由于高清晰電視信號(hào)使用的色度不同于標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視信號(hào)，所以信號(hào)電平的幅度也不相同。為保證信號(hào)電平正確，在三個(gè)組成信號(hào)(YPbPr)數(shù)值定義系統(tǒng)中每個(gè)都施加一個(gè)色帶試驗(yàn)信號(hào)，然后測(cè)量系統(tǒng)輸出，用水平指針測(cè)量色帶信號(hào)每個(gè)部分的幅度以確保它符合標(biāo)準(zhǔn)(圖3)。
HDTV時(shí)間測(cè)量時(shí)序信息也是HDTV系統(tǒng)正常運(yùn)作的關(guān)鍵。為測(cè)量水平消隱期，選擇一個(gè)在采樣行整行都有效的白場(chǎng)試驗(yàn)信號(hào)，在消隱脈沖幅度50%的點(diǎn)上進(jìn)行時(shí)間測(cè)量，利用TDS5000系列的定時(shí)指針可直接得到消隱信號(hào)讀數(shù)。
視頻頻率響應(yīng)HDTV模擬信號(hào)的30MHz帶寬大大高于標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視信號(hào)帶寬，應(yīng)該保證視頻系統(tǒng)中使用的電路能處理HDTV信號(hào)的全部帶寬。
