简析鼎阳SDS2000超级荧光示波器SPO技术

鼎阳SDS2000系列超级荧光示波器拥有110000帧/秒的波形捕获率，最大带宽为300MHz，采样率高达2GSa/s，兼具深存储、高捕获率、多级辉度以及色温显示等特点，同时还拥有丰富的触发类型，常用的串行协议触发和解码，集成了任意波形发生器等特性。
 

这款SDS2000系列采用了鼎阳自主创新的波形采集，以及图形处理引擎，支持高达110,000wfm/s的波形捕获率，256级的辉度等级或色温显示，支持深存储，采用全新的数字触发技术，支持丰富的触发类型和精确的触发。所有这些技术统称为SPO（Super Phosphor Oscilloscope）技术。

传统数字存储示波器的架构

图1：SPO示波器的架构。

图2：SPO波形采集以及图形处理引擎。

图3：SPO技术特点。

一：110,000wfm/s波形捕获率

传统的数字存储示波器中，波形数据处理，显示都在CPU中完成，CPU成为整个数据采集、处理、显示的瓶颈。每两帧之间需要有大段的时间等待CPU完成前一帧的处理，才能启动下一帧的采集。参照图4，两个采集帧之间这段时间叫做示波器采集的死区时间。传统的数字存储示波器死区时间长，偶发的毛刺信号很容易落到死区，就很难被示波器采集到。SPO示波器采用了SIGLENT自主创新的波形采集，图像处理引擎，采用FPGA组来完成波形的处理和显示，大大缩短了两帧之间的死区时间，在SDS2000的平台上，50ns时基，可以做到110，000帧/秒的波形捕获率，相比传统示波器50ns时基，只能做到大概200帧/秒的波形捕获率，和同类同级别主流产品的50,000帧/秒的波形捕获率相比，采用SPO技术的SDS2000系列示波器，可以更快速的捕获偶发的毛刺、异常信号，将大大提高工作效率。

图4：死区时间短，波形捕获率高，快速抓取偶发的毛刺/异常信号。

图5：高波形捕获率可快速发现异常信号。

二：256级的辉度等级以及色温显示

SPO引擎在支持高波形捕获率的情况下，根据波形点在屏幕上出现的概率，采用不同的辉度等级，实现类似模拟示波器中波形亮暗渐次变化的化学荧光效果。实现波形的三维（时间，幅度，强度）显示。

图6：实际采集到的波形，噪声信号，明显的强度明暗，辉度等级显示。

或用不同的颜色来表示信号出现的概率，即色温显示。

图7：实际采集到的波形，噪声，色温显示。

三：深存储

SPO引擎支持外接DDR3 RAM来实现深存储。在SDS2000系列超级荧光示波器平台上，可以支持单通道14Mpts的存储深度，当工作在两通道交织模式下时，支持28Mpts的存储深度。参照下图，主窗口，通道1工作在交织模式，因为可以支持到28Mpts的存储深度，在1ms的时基下，仍旧可以支持到2GSa/s的采样率，zoom窗口中，可以稳定的观察到波形的细节。

图8：深存储Zoom功能。

四：数字触发

1）触发精度高

传统的数字存储示波器，采用模拟触发技术，框图1中的模拟触发系统，通常包含两部分的电路，一是模拟比较器，二是TDC电路。模拟比较器将从模拟前端来的模拟信号和触发电平进行比较，产生触发信号，送给后级的采集系统。TDC电路完成对触发沿到触发沿后的采样时钟沿之间的时间间隔测量。用于采集系统对触发帧的水平位置的精细调整。采用传统的模拟触发技术，受限于采集通道和触发通道的频率响应差异，触发灵敏度差，triger delay的精度差。受限于TDC电路的精度以及温飘，触发抖动大。另外受限于TDC电路响应慢，会降低波形捕获率。[page]

SPO引擎实现数字触发系统，采用数字比较器和数字TDC，完全克服了上述模拟触发电路的缺点。做到很高的触发灵敏度和很低的触发抖动。同时因为数字TDC响应快，可以提高波形捕获率。

下面两幅图分别在2ns时基下，采用模拟触发和数字触发测量快沿信号的对比，可以看到采用数字触发时触发抖动明显要低很多。

图9：模拟触发。

图10：数字触发。

2）1ns的时序触发精度

SPO引擎中数字触发采用数字比较器，可以做到1ns的比较精度，特别对一些支持Timing的触发类型，例如脉宽触发，就可以支持1ns的触发精度。这个也是通常采用模拟触发技术的示波器做不到的。

图11：极高的触发精度。

3）可以精确设定的触发迟滞，支持可配置的触发噪声抑制

4）触发电路高稳定性，不受温度变化的影响

五：丰富的触发类型

基于SPO引擎的SDS2000超级荧光示波器支持的触发类型：Edge、Pulse width、Window、Runt、Interval、DropOut、Pattern、视频触发。

图12：runt触发。

图13：pattern触发。

六：支持串行触发和解码

支持的协议：I2C，SPI，UART/RS232，CAN，LIN。

图14：IIC触发及解码。

七：硬件Pass/Fail

硬件实现pass/fail功能，实现快速的fail帧的检测和计数，以及检测到有fail帧时可以停止采集，同时发出fail信号。

图15：快速的Pass/Fail功能。