視頻信號的波形非常復雜而且圖像信號與時序信號還經常混合在一起各種信號采用不同的標準和制式并各有自己的特點。某些視頻測量要求采用專門儀器如工業用波形監視器、視頻測量器以及矢量顯示器等但是多數還是可以采用通用示波器快速簡便地完成測量本文介紹利用TDS5000數字示波器進行視頻信號的基本測量。

目前的設計人員和工程師只能在兩種示波器之間進行選擇即模擬實時示波器和數字存儲示波器(DSO)。由于兩種各有其明顯優勢所以許多用戶希望能同時擁有兩種儀器。

模擬示波器可以快速捕捉信號顯示器能顯示出信號強度的不同為波形提供一個實時的大小尺寸。不同的亮度清楚地顯示出信號不同部分的頻率使得有經驗的用戶在調試系統時能迅速指出信號的質量狀況發現異常情況并得到實時反饋。

DSO則有一些模擬示波器所沒有的功能如自動測量、復雜觸發、波形存儲以及硬拷貝能力。DSO的缺陷在于信號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構所以信號捕捉速率太慢不能準確描繪復雜的視頻信號并缺少排除故障所需要的亮度層次信息。

數字熒光示波器

數字熒光示波器(DPO)兼具模擬和數字示波器的優點。DPO能提供DSO所有的傳統功能從數字存儲到復雜觸發同時它還能捕捉波形信息并以三維的形式顯示出來包括幅度、時間以及幅度在時間上的分布這一點又非常像模擬示波器。DPO用數字的方法模仿化學磷光過程在CRT上產生出不同的亮度等級效果。

DPO的性能主要來自于它的并行處理結構這種結構可把數字化波形數據用光柵的方式映射到一個稱作“數字熒光”的數據庫中大約每隔三十分之一秒將存儲在數據庫的信號圖像直接傳送給顯示系統同時與集成化采集/顯示系統并行的微處理器執行波形計算、測量和前面板控制。有些高級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遠高于DSO這種快速波形捕捉能使用戶深入了解信號活動和瞬間變化如短小脈沖、干擾和轉換錯誤等。

TDS5000系列的信號捕捉速率達到每秒100,000個波形而多數DSO每秒只能捕捉到100到5,000個波形。雖然有些DSO可用一種特殊方式將多個捕捉結果裝入大容量存儲器中然后再顯示并交替這樣做但這也只能暫時使速度提高到每秒約40,000個波形。

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測量、高級觸發、波形計算以及波形存儲等等。實際上DPO兼具模擬和DSO結構兩者的優勢同時又避免了它們的缺點。

采集和顯示模式

對眾多視頻工程師來講最關鍵的顯示問題是要有一個分級的亮度顯示模式。這種在模擬示波器和波形監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統計特性。TDS5000系列DPO也能進行這種亮度分級顯示通過定性的亮度信息使用戶觀測到信號的微妙細節和變化情況。由于大多數DSO無法獲得足夠的數據以準確反映復雜視頻信號所以用戶不得不依賴特殊的采集和顯示模式進行補償。

視頻測量特性

TDS5000的視頻專用特性非常有利于視頻信號的測量。它采用格子線以工程師熟悉的方式顯示信號幫助用戶迅速描述信號的特征而且“軟件格”功能使示波器自動將視頻信號按所選格進行縮放從而能更容易觀察捕捉到的信號。

利用各種指針還可以更加快速準確地在屏幕上進行手動測量，其中水平指針測量信號的幅度垂直指針測量信號的時間。配對式指針能同時測量同一通道上的相對幅度和時間參數而分離式指針則使指針在不同波形上進行測量。

TDS5000系列視頻觸發包括NTSC、PAL、SECAM制式以及幾種模擬HDTV標準和“定制”的非標視頻制式。不同的模擬HDTV制式要求不同的HDTV觸發設置各種制式的有效線數、掃描類型和幀/場頻等都各不相同(表1)。

常見視頻信號測量

視頻信號監控在監控模擬視頻信號時具有分級亮度顯示的示波器是一個很有用的故障排除工具。憑借信號的微妙變化就可區分出工作正常與不正常的視頻系統而DSO卻看不到這樣的信號。

活動視頻信號的線速率亮度分級顯示信號幅度與時間的關系是最基本的模擬視頻信號測量利用全線觸發模式在同步上升沿觸發可以很容易將這種關系顯示出來。新型數字熒光示波器帶有亮度分級顯示同時波形捕捉速率很高能捕捉每一線信號可以工程師所熟悉的類似于波形監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相對于另一種信號的關系。例如將B-Y信號連接到通道1R-Y信號接到通道2之后就能看到和矢量顯示器一樣的徑向顯示樣式。DPO具有強度分級顯示的優點可表現出信號的細節，手持煙氣分析儀而這在普通DSO上卻沒有。

幅度測量在示波器上可以用多種方法進行幅度測量。例如為了測量NSTC脈沖信號的峰-峰值只需將信號與TDS5000示波器的IRE視頻格線比較即可；為了分析一段時間之后的變化示波器還能自動進行若干次測量并將測量統計數據存起來。

時間測量時間測量對多信號模擬系統特別重要通道之間很小的時間差別會在圖象監視器上產生邊緣效應多通道示波器最重要的用途就是能顯示各通道之間相關的時間差異。與模擬示波器不同的是DPO也能自動進行時間測量并將這些測量統計數據存起來(圖2)。

模擬HDTV測量

用于標準清晰度電視信號測量的技術同樣適用于高清晰度模擬信號不過各種HDTV制式確實會使一些任務更加復雜因為工程師和設計人員要保證其產品符合多種模擬HDTV制式規范。

HDTV幅度測量由于高清晰電視信號使用的色度不同于標準清晰度電視信號所以信號電平的幅度也不相同。為保證信號電平正確，在三個組成信號(YPbPr)數值定義系統中每個都施加一個色帶試驗信號然后測量系統輸出用水平指針測量色帶信號每個部分的幅度以確保它符合標準(圖3)。

HDTV時間測量時序信息也是HDTV系統正常運作的關鍵。為測量水平消隱期選擇一個在采樣行整行都有效的白場試驗信號在消隱脈沖幅度50%的點上進行時間測量利用TDS5000系列的定時指針可直接得到消隱信號讀數。

視頻頻率響應HDTV模擬信號的30MHz帶寬大大高于標準清晰度電視信號帶寬應該保證視頻系統中使用的電路能處理HDTV信號的全部帶寬。