示波器與嵌入式系統的技術(shù)發(fā)展

　　混合示波器自身研發(fā)篇

　　隨著(zhù)單片機、可編程器件的普及，嵌入式系統的應用幾乎隨處可見(jiàn)，從應用的角度看，大致可以分為五大領(lǐng)域，包括數據通信、生物電子、綠色科技、汽車(chē)電子和3C電子，在大陸和臺灣，這些領(lǐng)域甚至被認為是新的“藍海策略”，隱藏著(zhù)各種商機，尤其是綠色科技是政府和風(fēng)險投資公司十分關(guān)注的對象;從技術(shù)的角度看，多功能、低功耗、微型化、網(wǎng)絡(luò )化領(lǐng)導著(zhù)新的趨勢，iPAD以及蘋(píng)果公司推出眾多i系列產(chǎn)品基本上都和這些趨勢相吻合，只不過(guò)，其在用戶(hù)體驗方面比業(yè)界其它同行下了更大功夫，讓其脫穎而出，并制造一個(gè)又一個(gè)神話(huà)。

　　安捷倫科技既是嵌入式系統技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)者，也是嵌入式系統技術(shù)的應用者，這兩個(gè)方面相互促進(jìn)、共同發(fā)展，以可編程器件FPGA為例，安捷倫科技提供的Xilinx FPGA內部節點(diǎn)動(dòng)態(tài)切換測試方案是自己在使用FPGA中悟出來(lái)，先是供內部使用，后提供給Xilinx使用，雙方共享一些IP，最終推出供業(yè)界使用的測試方案; 不是簡(jiǎn)單集成來(lái)自第三方的軟件到自己的混合信號示波器平臺，而是將多年的心得和積累轉化成測試方案，并通過(guò)混合信號示波器平臺提供給業(yè)界。

　　在設計一個(gè)嵌入式產(chǎn)品的時(shí)候，研發(fā)團隊面臨諸多選擇，示波器的研發(fā)亦是如此，通常在初期，可能會(huì )用商業(yè)分立器件搭出來(lái)，包括模數轉換器，前置放大器，存儲器等都購買(mǎi)現成的，如果要讓性能再好一點(diǎn)，可以使用可編程器件FPGA，這樣做的好處是研發(fā)成本相對較低，缺點(diǎn)是容易被人復制，甚至引發(fā)知識產(chǎn)權的官司，設計的架構本身就決定了被別人復制的難易程度。

　　我們來(lái)看看國外的設計，以帶寬在60MHz至1GHz范圍之內的便攜式混合信號示波器設計為例，安捷倫科技(當年叫惠普)在1994至1996年間推出第一代混合信號示波器，歷經(jīng)超過(guò)十年的時(shí)間沒(méi)有第二家推出類(lèi)似的產(chǎn)品，十多年后，另一示波器廠(chǎng)家推出自己的混合信號示波器，但你會(huì )發(fā)現兩家的設計架構和核心技術(shù)完全不同，一方面這和西方國家法制健全尊重知識產(chǎn)權有關(guān)系，另一方面，也是設計架構本身決定了難以復制。以安捷倫科技的6000系列示波器為例，其核心技術(shù)是MegaZoom(深存儲快響應)芯片，如圖1-1中所標識的系統單芯片(SoC)所示，一個(gè)芯片中集成了多個(gè)功能，包括存儲控制器、波形存儲器、顯示存儲器、波形繪制功能，同時(shí)支持示波器通道和邏輯分析儀通道，MegaZoom專(zhuān)用芯片帶來(lái)的核心好處是波形捕獲率在同類(lèi)產(chǎn)品中最高，尤其是在存儲深度很深，同時(shí)打開(kāi)邏輯通道和串行解碼功能的時(shí)候，這也是安捷倫InfiniiVision系列示波器(5000,6000,7000)的技術(shù)立足點(diǎn)。實(shí)現的方法關(guān)鍵是三點(diǎn)：

　　一、將大量數據處理在該MegaZoom芯片里面完成，減輕CPU中央處理器的負擔，這樣保證總是自動(dòng)使用最深的存儲深度，而且波形捕獲率高達100,000波形每秒;

　　二、一個(gè)芯片可同時(shí)處理來(lái)自示波器通道和邏輯通道的數據，保證邏輯通道打開(kāi)與否不影響波形捕獲率;

　　三、串行總線(xiàn)觸發(fā)和解碼在另一片FPGA芯片內部實(shí)現，保證實(shí)時(shí)性，不讓解碼成為波形捕獲率率的瓶頸，同時(shí)也為將來(lái)支持新的總線(xiàn)類(lèi)型或增強現有功能留下可能性;

　　四、對波形參數量測通常是基于顯示的數據，數據量少，一般是1000個(gè)點(diǎn)，對需要更精確測量的場(chǎng)合，需要將示波器設置成“精確分析”模式，以便分析的存儲深度到10K甚至128K個(gè)點(diǎn)，如需要對所有8M點(diǎn)進(jìn)行參數參量，需使用PC軟件。