示波器的工業(yè)發(fā)展新里程碑：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析軟件成為未來(lái)的發(fā)展方向

100多年前，斯特拉斯堡大學(xué)的物理學(xué)教授卡爾·費(fèi)丁南德·布勞恩發(fā)明了世界上第一個(gè)陰極射線管示波器。布勞恩決沒(méi)有想到他的粗陋的裝置在100年以后不但演化成為大眾娛樂(lè)工具－電視，而且還成為電子工業(yè)和科研實(shí)驗(yàn)室中的一種必備儀器。示波器發(fā)展歷史的下一個(gè)里程碑是Nicolet公司在1972年首創(chuàng)了數(shù)字示波器（DSO），而惠普公司在1984年真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)字示波器的商業(yè)化和技術(shù)改進(jìn)。不久前，安捷倫科技發(fā)布了針對(duì)其54850系列產(chǎn)品的在線數(shù)據(jù)分析軟件包，首次實(shí)現(xiàn)從高速串行模擬數(shù)據(jù)流中對(duì)8B/10B編碼的解碼和PCI Express協(xié)議的測(cè)試。這一進(jìn)展揭開(kāi)了示波器未來(lái)發(fā)展的新的一頁(yè)：以高速采樣和大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為特征的現(xiàn)代示波器將更多強(qiáng)調(diào)其軟件分析和二次應(yīng)用開(kāi)發(fā)功能。應(yīng)用開(kāi)發(fā)工程師如果不想投入額外資金去購(gòu)買(mǎi)分析軟件包，他就必須學(xué)習(xí)如何應(yīng)用示波器編程接口（API）去控制儀器和解釋數(shù)據(jù)－包括實(shí)現(xiàn)信號(hào)的軟件觸發(fā)等，而不再只是單純熟悉儀器面板上的各種按鈕和開(kāi)關(guān)。

對(duì)于現(xiàn)代示波器的這一發(fā)展特征，安捷倫科技電子儀器與系統(tǒng)事業(yè)部市場(chǎng)經(jīng)理Johnnie Hancock補(bǔ)充道：“今天主流的示波器供應(yīng)商在產(chǎn)品的硬件性能上已經(jīng)基本上相互接近，競(jìng)爭(zhēng)將轉(zhuǎn)移到高性能的數(shù)據(jù)分析軟件層次?！?Hancock于1979年加入惠普公司，任嵌入式硬件設(shè)計(jì)師一職，并擁有數(shù)字示波器放大器校準(zhǔn)技術(shù)的專利權(quán)。

Hancock解釋了其8B/10B解碼SDA軟件包的來(lái)龍去脈，他說(shuō)過(guò)去示波器用戶能做的僅僅是觀察各種不同類型的波形，并試圖通過(guò)手工記錄諸如“信號(hào)沿”和“脈沖寬度”等所關(guān)注的基本波形參數(shù)和觸發(fā)事件等。“雖然這些傳統(tǒng)的手段將繼續(xù)代表示波器的基本使用方式，但在分析今天的高速總線標(biāo)準(zhǔn)，如PCI-Express、Serial ATA和Fibre Channel的豐富內(nèi)容時(shí)，這種方法的效率是極為低下的?！?Hancock表示?，F(xiàn)在，SDA軟件包能把與這些高速串行總線相關(guān)的波形轉(zhuǎn)變成更有意義和更高級(jí)別的8B/10B碼，同時(shí)可用簡(jiǎn)單的兩位數(shù)表示屏幕上數(shù)百個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)?！坝脩粲纱四芨玫挠^察表示波形的代碼，按給定的代碼順序搜索波形，甚至在找到規(guī)定的8B/10B碼序后觸發(fā)示波器。這些能力可在調(diào)試、表征和驗(yàn)證新設(shè)計(jì)時(shí)節(jié)省數(shù)日的工程時(shí)間?！?Hancock強(qiáng)調(diào)指出。

McData公司高級(jí)設(shè)計(jì)師Charles Ervin作證說(shuō)：“我在大多數(shù)時(shí)間中僅僅需要知道我的芯片是否輸出正確的碼序。實(shí)際上，了解8B/10B編碼的Fibre Channel碼型是極為復(fù)雜的。找到問(wèn)題會(huì)耗費(fèi)大量時(shí)間，現(xiàn)在有了SDA軟件包，就能立即確定問(wèn)題所在?！?

一些應(yīng)用工程師還表示，SDA軟件包包括軟件時(shí)鐘恢復(fù)和實(shí)時(shí)眼模板測(cè)試特性，這對(duì)于高速串行總線工作的驗(yàn)證是至關(guān)重要的。例如，綜合利用這兩項(xiàng)功能，即可把串行數(shù)據(jù)疊加到組合貓眼圖中，并按標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行測(cè)試。如果測(cè)試沒(méi)有通過(guò)，工程師就可以利用SDA軟件包提供的“展開(kāi)”功能，具體了解是那些數(shù)據(jù)位出了問(wèn)題，并可以定位相對(duì)應(yīng)的模擬波形。Hancock稱現(xiàn)代示波器具備這種能力是“史無(wú)前例”的，他表示目前還沒(méi)有任何第三方產(chǎn)品具備這樣的功能。

人們有理由相信，SDA軟件包只是在現(xiàn)代高性能示波器上“加載”（Add-on）高級(jí)實(shí)時(shí)軟件分析工具的一個(gè)開(kāi)端：未來(lái)在示波器的硬件平臺(tái)上將演化出大量在線和離線的分析軟件包，包括商業(yè)軟件包和客戶自己進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的工具。對(duì)此，Hancock 介紹說(shuō)：“工程師們對(duì)基于數(shù)字示波器的分析軟件有很大的期待，他們不僅要求軟件可以幫助他們分析信號(hào)抖動(dòng)，還要求軟件可以進(jìn)行一定的協(xié)議分析和總線規(guī)范測(cè)試，例如USB和串行ATA協(xié)議分析和PCI Express 總線測(cè)試等?！?他同時(shí)表示，盡管目前4通道的示波器無(wú)法在信號(hào)分析上取代多通道的邏輯分析儀，但今天的示波器由于具備了高速信號(hào)量化采集和存儲(chǔ)的功能，再加上強(qiáng)有力的軟件工具，人們已經(jīng)可以在示波器上實(shí)現(xiàn)某些以往只能由協(xié)議分析儀和邏輯分析儀才能實(shí)現(xiàn)的功能。

新發(fā)布的安捷倫SDA軟件包還包括一個(gè)PCI-Express總線規(guī)范測(cè)試包附件，Hancock說(shuō)，這一增添的選項(xiàng)可以幫助設(shè)計(jì)師檢驗(yàn)其PCI-Express總線產(chǎn)品是否符合規(guī)范要求，測(cè)量并不局限在“通過(guò)∕失敗”這樣的定性結(jié)論上，而且還可以指出實(shí)際結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)的差距。

盡管可以從安捷倫購(gòu)買(mǎi)SDA軟件包，不過(guò)有能力的安捷倫示波器用戶還可以利用該公司提供的My Infiniium開(kāi)發(fā)工具包（API），在Windows 圖像界面下利用C語(yǔ)言和專有的宏指令開(kāi)發(fā)自己的數(shù)據(jù)分析軟件。用戶還可以利用第三方的數(shù)據(jù)分析工具，如Matlab對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行其它分析。不過(guò)目前還不清楚My Infiniium開(kāi)發(fā)工具包和開(kāi)發(fā)文檔是否提供了操縱和利用示波器全部軟硬件資源的手段和指導(dǎo)，Hancock對(duì)這個(gè)問(wèn)題也沒(méi)有正面回答。一般相信，供應(yīng)商在這方面可能有所保留，應(yīng)為一旦開(kāi)放所有的軟硬件資源調(diào)用方法，儀器供應(yīng)商可能失去在開(kāi)發(fā)商業(yè)軟件包上的優(yōu)勢(shì)地位，畢竟價(jià)值接近1萬(wàn)美元的商業(yè)軟件包是一種重要的增值手段。與此同時(shí)，對(duì)那些“不夠熟練”同時(shí)又喜歡嘗試的示波器用戶，開(kāi)放全部的編程資源對(duì)產(chǎn)品的正常使用可能是一種潛在威脅－不當(dāng)?shù)牟倏v資源可能導(dǎo)致設(shè)備的故障和損壞。

最后要指出的是，盡管實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析軟件將成為未來(lái)產(chǎn)品發(fā)展的亮點(diǎn)，但這些發(fā)展還是建立在強(qiáng)大的硬件基礎(chǔ)上的。Hancock透露，采用砷化鎵材料和CMOS工藝，安捷倫實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開(kāi)發(fā)出采樣頻率達(dá)20Gbps的單片采樣/模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，同時(shí)，利用微波設(shè)計(jì)和DSP濾波技術(shù)，其探頭的實(shí)際采樣頻率已經(jīng)提升到7GHz?！罢腔谶@樣的硬件基礎(chǔ)，才能為上層的軟件工具提供高質(zhì)量的原始測(cè)試數(shù)據(jù)并保證分析結(jié)果的可靠性?！?Hancock表示。(end)