数字荧光显示

“数字荧光”一词源自包在阴极射线管(CRT)上的荧光，电视机、计算机监视器和其它测试设备显示器都使用阴极射线管。在电子束激活荧光时，它会发出荧光，照亮电子流画出的路径。

尽管液晶显示器(LCD)之类的光栅扫描技术由于厚度和低功率优势最终在许多应用中代替了 CRT，但 CRT 中的荧光层和矢量图相结合，为现代测试测量应用提供了多种优势。

余辉：即使在电子束经过之后，余辉仍会继续发光。一般来说，荧光会迅速衰落，其速度足可以使观众感受不到其逗留时间，但即使非常少量的余辉，仍能使人眼检测到太短而看不到的事件。

比例性：电子束通过荧光层屏幕上某个点的速度越慢，得到的光线越亮。在电子束的频次加大时，某个点的亮度也会提高。用户可以直观地了解怎样解释这个Z轴信息：轨迹上亮的部分表明频繁的事件或缓慢的电子束移动；暗的轨迹则源自不频繁的事件或快速移动的电子束。

采用LCD(或光栅CRT)和数字信号路径的仪器本身没有提供余辉和比例性。泰克研制出数字荧光技术，以实现矢量 CRT 的模拟优势，数字示波器和现在的 RSA 则进一步改善了这种技术。数字增强功能如辉度等级、可选的颜色方案和统计轨迹，可以在更少的时间内传达更多的信息。

DPX 显示引擎

DPX 技术在 RSA 中的作用的最简单描述是其每秒执行数千次频谱测量，以实时速率更新屏幕。它每秒进行数千次采集，并变换成频谱。这么高的变换速率对检测偶发事件至关重要，但它对 LCD 太快了，因此 LCD 不能跟上其变化，同时超出了人眼能够感受到的水平。所以，进入的频谱全速写入一个位图数据库中，然后以人眼可以看到的速率传送到屏幕上。这个位图数据库可以想象成把一个频谱图划分成代表轨迹幅度值的行和代表频率轴上点的列，而得到的一个密集网格。这个网格中的每个单元都包含着进入频谱的触发次数。通过跟踪这些次数，数字荧光技术实现了比例性，使得用户能够用眼睛把很少发生的瞬变与普通信号和背景噪声区分开来。

RSA 中的实际 3-D 数据库包含着数百个列和行，但我们将使用一个11X10矩阵说明这一概念。图2-22中的左图说明了在绘制一个频谱后数据库单元格中可能包含的内容。空白单元的值为零，意味着频谱中没有任何点落入其中。

右面的网格是我们简化的数据库在额外执行8次频谱变换后可能包含的值，其结果存储在单元格中。从噪底的一串“1”值可以看出，在没有信号时，恰好计算了九个频谱中的一个频谱。

在发生数量值映射到颜色标度时，数据转换成信息。图2-23 中的表格显示了本例使用的颜色绘制算法。暖色(红色、橙色、黄色)表示发生频次高。还可以使用其它辉度等级方案。

在图 2-24 中，左图是根据 9 个频谱写入次数绘制数据库单元格颜色的结果。在屏幕上显示这些彩色单元格、每个像素一个单元，可以产生壮观的 DPX 显示，如右图所示。

余辉

例如，在 RSA6000 系列中，每秒有 292000 多个频谱进入数据库。在 14600 多个输入频谱的每个帧的末尾(约每秒20次)，位图数据库传送出去，进一步处理，然后进行显示，来自新帧的数据则开始填充位图。

为实现余辉，DPX引擎可以保持现有数量，在新频谱中到达时增加数据，而不是在每个新帧开始时把位图数据库数量清为零。在所有帧中保持全部数量值是“无穷大余辉”。如果每个数量只有一部分传送到下一个帧，那么称为“可变余辉”。通过调节比重，可以改变信号事件从数据库衰落及从显示屏上衰落所需的时间长度。

想象一个信号在数字荧光引擎运行过程中只弹出一次。此外，假设在一个帧全部 1465 次频谱更新中都存在这个信号，同时假设可变余辉系数在每个帧后面导致25% 的衰减。它影响的单元将从 1465 值开始，并全力显示。在一个帧之后，发生次数值变成 1099。在另一个帧之后，发生次数值变成 824，然后越来越小，直到看不见了。在 RSA 屏幕上，用户最初会看到一条明亮的轨迹，尖峰位于信号频率上。发生信号的轨迹部分最终衰落。在此期间，像素在低于衰落信号的噪声电平以下开始变亮。最后，在显示屏中只有一条基线轨迹(如下一页图 2-25 所示)。

余辉提供了特别重要的调试工具，实现了 MaxHold 及其它功能的所有优势。为确定是否有间歇性信号或偶尔发生频率或幅度漂移，用户可以启动无穷大余辉，让RSA连续运行。在用户回到仪器旁边时，不仅可以看到每个频点的最高电平，还可以看到最低电平及之间的任何点。一旦已经发现存在瞬变行为或侵入信号，用户可以使用可变余辉详细地检定问题。

统计直线图

彩色位图是 DPX 频谱的标志性轨迹，但 DPX 也生成统计直线轨迹。它查询数据库内容，获得每个频率列中记录的最高幅度值、最低幅度值和平均幅度值。得到的三个轨迹检测是 +Peak、-Peak 和 Average(图 2-26)。

+Peak 和 -Peak 轨迹即时清楚地显示信号的最大值和最小值。均值检测确定每个频点上信号的中间值。可以保存和恢复所有这三条轨迹，作为参考轨迹使用。

与普通频谱轨迹一样，可以在连续采集中累加DPX直线轨迹，得到 MaxHold、MinHold 和 Average 轨迹函数。在DPX +Peak轨迹上使用Hold的方式几乎与普通频谱分析仪上的MaxHold轨迹完全相同，但有一个重要差异是，DPX 曲线的更新速率要高出几个量级。

DPX 变换引擎

那么这些频谱是怎样生成的呢？除大多数测量使用的软件批处理及使用相同的输入IQ数据流外，还有一个基于硬件的计算引擎，专门进行连续的实时信号处理。这一子系统支持实时功能，如功率电平触发、频率模板触发等等。它还以足够快的速度执行DFT，生成DPX显示系统使用的频谱速率。

DPX 密度测量

“密度”指标用来衡量 DPX 频谱位图某个区域内部存在信号的规定测量周期内的时间量。干净的CW音调的密度是 100%，而每毫秒读取中启动一微秒的脉冲的密度则是 0.1%。

定时和触发

实时处理功能实现了 DPX 显示，使 RSA 成为强大的发现工具。DPX 密度触发可以区分精确的幅度频率范围内的信号，操作人员不必了解目标信号的任何特点。

DPX 没有保持可以在多个域中重新分析的时域记录。捕获和其它分析要求信号写入存储器中，为分析选择波形中关心的区域。本节将介绍 RSA的触发、采集和分析周期控制功能，如图 2-28 所示(RSA6000 系列)。

在与触发一起使用时，定时控制为分析瞬时参数或其它定时相关参数提供了强大的组合。采集长度规定了响应触发的样点存储在存储器中的时间长度。采集历史决定着在每个新触发后将保留多少个以前的采集。泰克 RSA 在时域概况窗口中显示了整个采集长度。

频谱长度决定着计算的频谱显示图的时间长度。频谱偏置决定着触发事件瞬间直到显示的 FFT 帧开始的延迟时间或提前时间。频谱长度和频谱偏置的时间分辨率都是一个 FFT 帧。RSA3000 系列使用固定的 FFT 长度，高性能 RSA6000 系列分析仪则提高了灵活性，允许在查看频谱时改变 FFT 长度。泰克 RSA 在时域概况窗口底部，使用色条表示频谱偏置和频谱长度。色条颜色被键入到相关的显示画面中。

分析长度决定着进行调制分析及其它基于时间的测量的时间长度。分析偏置决定着从触发瞬间直到分析开始时的延迟时间或提前时间。泰克 RSA 在时域概况窗口底部使用一个色条表明分析偏置和长度。色条颜色被键入到相关的显示画面中。

输出触发指示符允许用户在触发瞬间选择性地启动TTL后面板输出。它可以用来把RSA测量与其它仪器同步，如示波器或逻辑分析仪。

实时触发和采集

实时频谱分析仪能够执行时间、频谱和调制分析。触发对捕获时域信息至关重要。RSA 提供了独特的触发功能，它提供了功率触发和频率模板触发及常用的功率触发、外部触发和基于电平的触发。

最常见的触发系统是大多数示波器中使用的触发系统。在传统模拟示波器中，要观察的信号输送到一个输入中，而触发则输送到另一个输入中。触发事件导致启动水平扫描，信号幅度则显示为重叠在校准的格线上的垂直位移。在最简单的形式下，模拟触发支持在观察的触发器之后发生的事件，如图 2-29 所示。

系统触发与数字采集

DPX 能够以数字方式表示和处理信号，配以大的存储容量，可以捕获触发前及触发后发生的事件。

RSA中的数字采集系统采用模数转换器(ADC)，在深存储器中填充接收的信号时戳。从概念上说，新样点连续输送到存储器中，最老的样点将离开存储器。图2-30 中的实例说明了配置成存储 N 个样点的存储器。触发发生时采集停止，存储器内容被冻结。在触发信号通路中增加可变延迟，将支持在触发前发生的事件及在捕获后出现的事件。

我们看一下没有任何延迟的实例。在触发同步的样点存储后，触发事件导致存储器立即冻结。然后存储器会包含触发时的样点及触发前发生的“N”个样点。它只存储触发前的事件。

再看一下把延迟设置成与存储长度完全匹配的实例。在触发发生后、存储器冻结前，可以有“N”个样点进入存储器中。然后存储器包含触发后“N”个信号活动样点。它只存储触发后的事件。

如果延迟设成存储长度的一部分，那么既可以捕获触发前事件，也可以捕获触发后事件。如果延迟设置成存储深度的一半，那么存储的一半样点是触发之前的样点，存储的一半样点是触发之后的样点。这种概念与传统扫频分析仪中零频宽模式使用的触发延迟类似。但是，RSA可以捕获长得多的时间记录，然后可以在频域、时域和调制域中分析这些数据。这为信号监测和设备调试等应用提供了一个强大的工具。

触发模式和特点

自由运行模式采集收到的IF信号样点，而没有考虑任何触发条件。在采集和处理时，将显示频谱、调制或其它指标。

已触发模式要求触发源及设置各种参数，定义触发条件及与触发对应的仪器行为。

选择连续触发还是单次触发决定着每次触发发生时是重复采集，还是每次在准备测量时只采集一次。触发位置可以在0-100%范围内调节，可以选择码组的哪个部分是触发前的部分。如果选择10%，那么捕获的触发前数据是选择的码组的 1/10，捕获的触发后数据是选择的码组的9/10。触发坡度允许选择上升沿、下降沿或其组合进行触发。上升和下降可以捕获整个突发。上升和下降可以捕获其它连续信号中的间隔。

实时频谱分析仪触发源

RSA提供了多种内部触发和外部触发方法。表2-1概括了各种实时触发源、其设置及与每种设置有关的时间分辨率。

外部触发允许外部TTL信号控制采集。这一般是一个控制信号，如来自被测系统的频率切换命令。这个外部信号会提示用户在被测系统中采集事件。

内部触发取决于被测信号的特点。各种 RSA 型号都能根据数字化信号的电平、滤波和采样后的信号功率或使用 FMT 在发生特定频谱成分时触发采集。每个触发源和触发模式都在频率选择度、时间分辨率和动态范围方面提供了特定的优势。图 2-31显示了支持这些特点的功能单元。

电平触发把ADC 输出上的数字化信号与用户选择的设置进行比较。即使在观察要求进一步滤波和采样的窄频宽时，仍可以使用数字化信号的全部带宽。电平触发采用全数字化速率，可以在全部采样率时检测时长短到一个样点的事件。但是，下行分析的时间分辨率受到采样的有效采样率的限制。部分RSA型号提供了电平触发功能。

功率触发计算滤波和采样后的信号功率。每个滤波的 I/Q 样点对的功率(I2+Q2)与用户选择的功率设置进行比较。某些RSA型号提供了滤波后的功率触发，其中把带有可选择带宽的滤波器应用到触发路径中的信号上。

DPX Density 触发使用与 DPX Density 测量相同的基于屏幕的测量框。触发系统监测密度测量数据，在密度值超过可调节节的密度门限时激活触发。

时间判定触发可以与所有其它触发方法相结合，并在触发中使用计算的功率、逻辑条件和偏置定时，实现快速采样率定时不确定度。

频率模板触发把频谱形状与用户定义的模板进行对比。这种技术功能强大，允许频谱形状变化触发采集。即使在存在电平高得多的其它信号时，频率模板触发仍可以可靠地检测远远低于全标的信号。这种在存在强信号时触发弱信号的能力，对检测间歇性信号、是否存在互调产物、瞬时频谱包容违规等至关重要。比较信号与模板要求全面DFT，要求一个完整的帧。频率模板触发的时间分辨率大约是一个 DFT 帧。它使用专用硬件 DFT 处理器在时域中确定触发事件，如图2-31中的方框图所示

建立频率模板

与其它形式的模板测试一样，频率模板触发(也称为频域触发)先要定义一个屏幕模板。这种定义通过一个频点及幅度集合完成。模板可以逐点定义，也可以使用鼠标或其它指向设备以图形方式画出。可以设成在模板边界外面的信号“突入”边界时触发，也可以设置成在模板边界内部的信号“突出”边界时触发。

图2-32显示了一个定义的频率模板，允许通过信号的正常频谱，但不允许瞬时畸变通过。图 2-33显示了在信号瞬时超过模板时触发的采集的频谱图。图2-34 显示了超过模板的第一个帧的频谱。注意，其采集了触发前的数据和触发后的数据，频谱图中同时显示了这些数据。

解调

调制是RF信号承载信息的手段。使用泰克RSA进行调制不仅可以提取传输的数据，还可以测量信号调制的精度。此外，它可以量化许多劣化调制质量的误差和损伤。

现代通信系统已经明显提高了使用的调制格式的数量。RSA能够分析最常见的格式，并采用一个结构，在新格式出现时分析新的格式。

幅度调制、频率调制和相位调制

RF 载波可以根据载波的幅度或相位变化通过多种方式传输信息。频率是相位的时间派生物。因此，调频(FM)是调相(PM)的时间派生物。正交相移键控(QPSK)是一种数字调制格式，其中码判定点发生在90度倍数的相位上。正交调幅(AM)是一种高阶调制格式，其中幅度和相位同时变化，提供了多种状态。即使是高度复杂的调制格式，也可以分解成幅度和相位成分，如正交频分复用(OFDM)。

幅度和相位可以视为极坐标系统中矢量的长度和角度。同一点可以用 Cartesian 坐标或矩形坐标(X, Y)表示。RSA 在存储器中存储的时间样点的 I/Q 格式，在数学运算中相当于 Cartesian 坐标，其中 I 代表横轴或 X 成分、Q 代表竖轴或 Y 成分。