在 1970 年代，矢量图形工作站代表了计算机图形学的巅峰，使用示波器式 CRT 直接通过电子束绘制线条，实现高分辨率实时渲染。这种 calligraphic 渲染依赖精确的磷光持久时间控制、模拟偏转电路与 DAC 接口。本文聚焦复现关键参数，帮助现代爱好者构建类似系统。
CRT 磷光持久时间的核心作用
矢量显示不同于光栅扫描，它不填充像素，而是直接 “书写” 矢量路径。电子束快速移动绘制线条后，磷光体发光并衰减。若衰减过快，图像闪烁；过慢，则线条重叠模糊。典型图形监视器磷光余辉时间为 10~60ms，从峰值亮度衰减至 1/10 所需时间。
证据与参数选择：P1 或 P31 绿色磷光体余辉约 25ms，适用于动画与静态图形平衡。高刷新率（30~60Hz 完整帧）确保无闪烁。实际测试中，若余辉 <10ms，需> 100Hz 刷新；>60ms 则适合静态 CAD，但实时交互需动态调整 Z 轴强度（电子束电流）补偿衰减。
落地参数：
- 磷光类型：P1 (ZnS:Cu) 余辉峰值后 50% 亮度持续 15ms，全衰减 100ms。
- 刷新策略：每帧绘制路径总时长 < 余辉的 1/3（如 25ms 余辉，帧时 < 8ms），重复率 50Hz。
- 防老化：内置屏幕 saver，每分钟随机偏移束位 0.5~1mm，避免单点烧损。
现代复现用低压示波器 CRT（如 DG7-6，300V 加速电压），磷光均匀性 > 95%，直径 5~10cm。
模拟偏转放大器的设计
矢量工作站使用静电偏转，四块平行板（X+、X-、Y+、Y-）置于 CRT 颈部。DAC 输出 ±5V 模拟电压，经放大器驱动板间 ±100~300V，实现全屏偏转。
关键电路参数：
- 输入阻抗：>10kΩ，匹配 12 位 DAC（如 DAC08）。
- 增益：50~100 倍，带宽 > 10kHz（支持 1ms 内全屏扫速）。
- 压摆率：>1V/μs，线性度 < 0.1% 避免曲线失真。
- 电源：±15V 运放（如 TL081）+ 高压 Boost（飞回变压器至 500V）。
示例电路：差分输入运放后级高压 MOSFET 推挽输出。X/Y 通道独立，串联 50pF 补偿电容防振荡。偏转灵敏度 0.1V/mm，确保 10cm 屏全偏转需 ±5V 输入。
风险控制：高压隔离，光耦反馈闭环稳定增益；过流保护阈值 10mA 防短路击穿 CRT。
DAC 接口与实时渲染
实时 calligraphic 需 CPU 直接控制 DAC，生成 X/Y/Z 路径。70s 系统如 DEC GT40 使用 12 位 DAC，8MHz 时钟。
接口参数：
- DAC 分辨率：12 位（4096 级），更新率 > 50kHz。
- 缓冲：双端口 RAM，CPU 写路径，DMA 刷新 DAC。
- Z 轴调制：强度 DAC 同步 X/Y，线宽控制 0.1~1mm。
- 同步：INT 中断每帧结束，路径列表：起点 (X0,Y0,I0)-> 终点 (X1,Y1,I1)，插值线性。
软件清单：
- 初始化：CRT 加热丝 6.3V AC，加速电极 295V 负偏，聚焦 1~2kV。
- 渲染循环：解析矢量命令（MOVETO, LINETO），计算 ΔX/ΔY 步进，DAC 输出 + 延时（1 / 扫速）。
- 时序优化：总路径长度 < 2000 点 / 帧，扫速 max 10cm/ms（匹配余辉）。
- 校准：中心点测试（X=Y=0），调整偏移电位 ±50mV；线性用十字校准。
完整复现硬件清单：
| 组件 | 规格 | 供应商 |
|---|---|---|
| CRT | DG7-6 7cm 示波器管 | eBay |
| DAC | MCP4822 12 位双通道 | DigiKey |
| 运放 | OPA627 高压版 | |
| HV PSU | 300V/1mA 自建 | |
| MCU | STM32F4 实时控制 | |
| PCB | 双层，隔离高压区 | KiCAD |
总成本 <500 元。测试指标：线条无闪烁，分辨率> 1024x1024 有效，功耗 < 20W。
这种复现不仅重温 70s 技术，还启发现代 FPGA 矢量 GPU 设计。磷光时序是瓶颈，精确匹配刷新与余辉是成功关键。
资料来源：
- CRT 图形硬件基础（CSDN 博客，第 2 章 CG 计算机图形硬件）。
- 示波器矢量时钟项目（IEEE Spectrum，2020）。
（正文约 1200 字）