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 |
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| HV PSU |
300V/1mA 自建 |
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| MCU |
STM32F4 实时控制 |
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| 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）