视频信号

利用 TDS5000数字示波器完成视频信号基本测量 视频信号的波形非常复杂，而且图像信号与时序信号还经常混合在一起，各种信号采用 不同的标准和制式，并各有自己的特点。某些视频测量要求采用专门仪器，如工业用波形监 视器、视频测量器以及矢 量显示器等，但是多数还 是可以采用通用示波器 快速简便地完成测量，本 文介绍利用TDS50 字示波器进行视频信号 的基本测量。 00数 目前的设计人员和 工程师只能在两种示波 器之间进行选择，即模拟 实时示波器和数字存储示波器(DSO)。由于两种各有其明显优势，所以许多用户希望能同时 拥有两种仪器。 模拟示波器可以快速捕捉信号，显示器能显示出信号强度的不同，为波形提供一个实时 的大小尺寸。不同的亮度清楚地显示出信号不同部分的频率，使得有经验的用户在调试系统 时能迅速指出信号的质量状况，发现异常情况，并得到实时反馈。 DSO则有一些模拟示波器所没有的功能，如自动测量、复杂触发、波形存储以及硬拷 贝能力。DSO的缺陷在于信号采集过程的每一步都要用到有微处理器参与的串行处理结构， 所以信号捕捉速率太慢，不能准确描绘复杂的视频信号，并缺少排除故障所需要的亮度层次 信息。 数字荧光示波器 数字荧光示波器(DPO)兼具模拟和数字示波器的优点。DPO能提供 DSO所有的传统功 能，从数字存储到复杂触发，同时它还能捕捉波形信息并以三维的形式显示出来，包括幅度、 时间以及幅度在时间上的分布，这一 点又非常像模拟示波器。DPO用数字 的方法模仿化学磷光过程，在 CRT上 产生出不同的亮度等级效果。 DPO的性能主要来自于它的并 行处理结构，这种结构可把数字化波 形数据用光栅的方式映射到一个称作 “数字荧光”的数据库中，大约每隔 三十分之一秒将存储在数据库的信号 图像直接传送给显示系统，同时与集 成化采集/显示系统并行的微处理器 执行波形计算、测量和前面板控制。 有些高级 DPO还带有 DPX波形成像处理器，这是一种专用 ASIC芯片，可使波形捕捉速 率远远高于 DSO，这种快速波形捕捉能使用户深入了解信号活动和瞬间变化，如短小脉冲、 干扰和转换错误等。 TDS5000系列的信号捕捉速率达到每秒 100,000个波形，而多数 DSO每秒只能捕捉 到 100到 5,000个波形。虽然有些 DSO可用一种特殊方式将多个捕捉结果装入大容量存储 器中然后再显示并交替这样做，但这也只能暂时使速度提高到每秒约 40,000个波形。 模拟示波器与 DPO一样都具有快速波形捕捉和亮度分级显示的特性，但遗憾的是模拟 示波器却没有 DSO和 DPO所具备的很多基本功能，如自动测量、高级触发、波形计算以 及波形存储等等。实际上 DPO兼具模拟和 DSO结构两 者的优势，同时又避免了它们的缺点。 采集和显示模式 对众多视频工程师来讲，最关键的显示问题是要有 一个分级的亮度显示模式。这种在模拟示波器和波形监 视器中已广为熟悉的功能，通过改变采样显示的亮度来 表征信号统计特性。TDS5000系列 DPO也能进行这种 亮度分级显示，通过定性的亮度信息使用户观测到信号 的微妙细节和变化情况。由于大多数 DSO无法获得足够的数据以准确反映复杂视频信号， 所以用户不得不依赖特殊的采集和显示模式进行补偿。 视频测量特性 TDS5000的视频专用特性非常有利于视频信号的测量。它采用格子线，以工程师熟悉 的方式显示信号，帮助用户迅速描述信号的特征，而且“软件格”功能使示波器自动将视频 信号按所选格进行缩放，从而能更容易观察捕捉到的信号。 利用各种指针还可以更加快速准确地在屏幕上进行手动测量，其中水平指针测量信号的 幅度，垂直指针测量信号的时间。配对式指针能同时测量同一通道上的相对幅度和时间参数， 而分离式指针则使指针在不同波形上进行测量。 TDS5000系列视频触发包括 NTSC、PAL、SECAM制式，以及几种模拟 HDTV标准 和“定制”的非标视频制式。不同的模拟 HDTV制式 要求不同的 HDTV触发设置，各种制式的有效线数、 扫描类型和帧/场频等都各不相同(表 1)。 常见视频信号测量 视频信号监控 在监控模拟视频信号时，具有分 级亮度显示的示波器是一个很有用的故障排除工具。 凭借信号的微妙变化就可区分出工作正常与不正常 的视频系统，而 DSO却看不到这样的信号。 活动视频信号的线速率亮度分级显示 信号幅度与时间的关系是最基本的模拟视频信号测 量，利用全线触发模式在同步上升沿触发可以很容易将这种关系显示出来。新型数字荧光示 波器带有亮度分级显示，同时波形捕捉速率很高，能捕捉每一线信号，可以工程师所熟悉的 类似于波形监视器的方式显示出线速率(图 1)。 色度 XY显示 示波器 XY显示模式以矢量显示器方式给出一种信号相对于另一种信号 的关系。例如将 B-Y信号连接到通道 1，R-Y信号接到通道 2之后，就能看到和矢量显示器 一样的径向显示样式。DPO具有强度分级显示的优 点，可表现出信号的细节，而这在普通 DSO上却没 有。 幅度测量 在示波器上可以用多种方法进行幅度 测量。例如，为了测量 NSTC脉冲信号的峰-峰值，只 需将信号与 TDS5000示波器的 IRE视频格线比较即 可；为了分析一段时间之后的变化，示波器还能自动 进行若干次测量并将测量统计数据存起来。 时间测量 时间测量对多信号模拟系统特别重要，通道之间很小的时间差别会在图象监 视器上产生边缘效应，多通道示波器最重要的用途就是能显示各通道之间相关的时间差异。 与模拟示波器不同的是，DPO也能自动进行时间测量并将这些测量统计数据存起来(图 2)。 模拟 HDTV测量 用于标准清晰度电视信号测量的技术同样适用于高清晰度模拟信号，不过各种 HDTV 制式确实会使一些任务更加复杂，因为工程师和设计 人员要保证其产品符合多种模拟 HDTV制式。 HDTV幅度测量 由于高清晰电视信号使用的色度 不同于标准清晰度电视信号，所以信号电平的幅度也 不相同。为保证信号电平正确，在三个组成信号 (YPbPr)数值定义系统中每个都施加一个色带试验信 号，然后测量系统输出，用水平指针测量色带信号每 个部分的幅度以确保它符合标准(图 3)。 HDTV时间测量 时序信息也是 HDTV系统正常运作的关键。为测量水平消隐期，选择 一个在采样行整行都有效的白场试验信号，在消隐脉冲幅度 50%的点上进行时间测量，利 用 TDS5000系列的定时指针可直接得到消隐信号读数。 视频频率响应 HDTV模拟信号的 30MHz带宽大大高于标准清晰度电视信号带宽，应 该保证视频系统中使用的电路能处理 HDTV信号的全部带宽。 本文由泰克公司供稿。 --摘自《电子工程专辑》