示波器的波形三維映射原理介紹

本文主要論述波形三維映射原理，結(jié)合ZDS示波器講述灰度顯示和色溫顯示的意義以及相應(yīng)的功能，以幫助工程師加深對示波器波形顯示的理解，在示波器后續(xù)的使用上更加的得心應(yīng)手。

波形數(shù)據(jù)的三維信息包括：時間，幅度和幅度命中次數(shù)。傳統(tǒng)DSO對波形的處理過程中，通過波形的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣提取一幅波形所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行繪制，這樣抽樣顯示就只有時間和幅度信息。而在現(xiàn)代DSO中，可將一次觸發(fā)后采集到的所有數(shù)據(jù)展現(xiàn)在屏幕上，并通過三維映射灰度圖來體現(xiàn)時間，幅度以及波形數(shù)據(jù)在每一個幅度上命中次數(shù)。例如一次觸發(fā)采樣有14000個采樣點，DSO屏幕水平方向上有700個像素點，那么在傳統(tǒng)的DSO中只需要在14000個采樣點中，每隔200個樣點抽取1個，共抽取700個像素點來表現(xiàn)波形的整體概貌。而進(jìn)行波形三維映射時，這200個樣點將全部壓縮在一個時間點上，并根據(jù)不同的幅度值映射到三維數(shù)據(jù)庫中。

圖1 三維波形數(shù)據(jù)庫

如圖1所示，三維波形數(shù)據(jù)庫可以看作是一個m×k的二維矩陣，m表示DSO屏幕的垂直分辨率（幅度），k表示DSO的水平分辨率（時間），而矩陣中元素amk表示幅度命中次數(shù)，如圖2所示。

圖2 三維數(shù)據(jù)庫矩陣

為了將三維波形數(shù)據(jù)庫中的信息轉(zhuǎn)換為方便用戶觀察的顯示畫面，需要將幅度命中次數(shù)轉(zhuǎn)換為波形灰度或顏色等級，所以波形三維映射模型實質(zhì)上是一種三維波形成像技術(shù)。它直接將每次采集到得數(shù)據(jù)映射到三維數(shù)據(jù)庫（灰度圖），然后將灰度圖以人眼可以接受的速率傳送到屏幕上顯示。

圖3左側(cè)是8次采樣并疊加后的三維波形數(shù)據(jù)庫實例，右側(cè)是轉(zhuǎn)換后的波形顯示。從中可以看出，每一列元素的和等于采樣次數(shù)8，每個元素的值大小代表了該采樣點在8次采樣中的命中次數(shù)。在通過表 1的顏色查找表將命中次數(shù)值與顏色對應(yīng)起來時，命中次數(shù)信息就轉(zhuǎn)換成了顏色信息。

表1 顏色查找表

圖3 三維波形數(shù)據(jù)庫

通過上面的原理介紹，我們就可以知道，示波器中每一屏的波形其實是由若干幀采樣波形疊加而成的。在正常顯示模式下，示波器用灰度大小表示波形出現(xiàn)的概率，波形出現(xiàn)的概率越大，波形的顏色就越亮，波形出現(xiàn)的概率越小，波形的顏色就越暗，如下圖4所示：

圖4 波形灰度圖

除此之外，為了方便用戶更清除的觀察波形出現(xiàn)的概率大小，ZDS系列示波器還配備了色溫顯示功能。在色溫顯示模式下，通過波形的色溫的冷暖來反映波形出現(xiàn)的概率的大小，出現(xiàn)頻率低的波形用冷色顯示，出現(xiàn)頻率高的波形用暖色顯示，如下圖5所示：

圖5 波形色溫圖

ZDS4000示波器擁有豐富的觸發(fā)方式，可以針對不同的場景進(jìn)行觸發(fā)。通過了解示波器的波形三維映射原理，結(jié)合到ZDS示波器講述了灰度顯示和色溫顯示的含義，可以幫助工程師加深對示波器波形顯示的理解。