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TDS5000数字示波器进行视频信号的基本测量。
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1R-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，手持烟气分析仪而这在普通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制式规范。
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。
