示波器與嵌入式系統(tǒng)的技術發(fā)展

　　混合示波器自身研發(fā)篇

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

　　安捷倫科技既是嵌入式系統(tǒng)技術發(fā)展的推動者，也是嵌入式系統(tǒng)技術的應用者，這兩個方面相互促進、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(nèi)部節(jié)點動態(tài)切換測試方案是自己在使用FPGA中悟出來，先是供內(nèi)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; 不是簡單集成來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(zhuǎn)化成測試方案，并通過混合信號示波器平臺提供給業(yè)界。

　　在設計一個嵌入式產(chǎn)品的時候，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，可能會用商業(yè)分立器件搭出來，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，前置放大器，存儲器等都購買現(xiàn)成的，如果要讓性能再好一點，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。

　　我們來看看國外的設計，以帶寬在60MHz至1GHz范圍之內(nèi)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)超過十年的時間沒有第二家推出類似的產(chǎn)品，十多年后，另一示波器廠家推出自己的混合信號示波器，但你會發(fā)現(xiàn)兩家的設計架構和核心技術完全不同，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，其核心技術是MegaZoom(深存儲快響應)芯片，如圖1-1中所標識的系統(tǒng)單芯片(SoC)所示，一個芯片中集成了多個功能，包括存儲控制器、波形存儲器、顯示存儲器、波形繪制功能，同時支持示波器通道和邏輯分析儀通道，MegaZoom專用芯片帶來的核心好處是波形捕獲率在同類產(chǎn)品中最高，尤其是在存儲深度很深，同時打開邏輯通道和串行解碼功能的時候，這也是安捷倫InfiniiVision系列示波器(5000,6000,7000)的技術立足點。實現(xiàn)的方法關鍵是三點：

　　一、將大量數(shù)據(jù)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、一個芯片可同時處理來自示波器通道和邏輯通道的數(shù)據(jù)，保證邏輯通道打開與否不影響波形捕獲率;

　　三、串行總線觸發(fā)和解碼在另一片F(xiàn)PGA芯片內(nèi)部實現(xiàn)，保證實時性，不讓解碼成為波形捕獲率率的瓶頸，同時也為將來支持新的總線類型或增強現(xiàn)有功能留下可能性;

　　四、對波形參數(shù)量測通常是基于顯示的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量少，一般是1000個點，對需要更精確測量的場合，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個點，如需要對所有8M點進行參數(shù)參量，需使用PC軟件。