示波器与嵌入式系统的技术发展

　　混合示波器自身研发篇

　　随着单片机、可编程器件的普及，嵌入式系统的应用几乎随处可见，从应用的角度看，大致可以分为五大领域，包括数据通信、生物电子、绿色科技、汽车电子和3C电子，在大陆和台湾，这些领域甚至被认为是新的“蓝海策略”，隐藏着各种商机，尤其是绿色科技是政府和风险投资公司十分关注的对象;从技术的角度看，多功能、低功耗、微型化、网络化领导着新的趋势，iPAD以及苹果公司推出众多i系列产品基本上都和这些趋势相吻合，只不过，其在用户体验方面比业界其它同行下了更大功夫，让其脱颖而出，并制造一个又一个神话。

　　安捷伦科技既是嵌入式系统技术发展的推动者，也是嵌入式系统技术的应用者，这两个方面相互促进、共同发展，以可编程器件FPGA为例，安捷伦科技提供的Xilinx FPGA内部节点动态切换测试方案是自己在使用FPGA中悟出来，先是供内部使用，后提供给Xilinx使用，双方共享一些IP，最终推出供业界使用的测试方案; 不是简单集成来自第三方的软件到自己的混合信号示波器平台，而是将多年的心得和积累转化成测试方案，并通过混合信号示波器平台提供给业界。

　　在设计一个嵌入式产品的时候，研发团队面临诸多选择，示波器的研发亦是如此，通常在初期，可能会用商业分立器件搭出来，包括模数转换器，前置放大器，存储器等都购买现成的，如果要让性能再好一点，可以使用可编程器件FPGA，这样做的好处是研发成本相对较低，缺点是容易被人复制，甚至引发知识产权的官司，设计的架构本身就决定了被别人复制的难易程度。

　　我们来看看国外的设计，以带宽在60MHz至1GHz范围之内的便携式混合信号示波器设计为例，安捷伦科技(当年叫惠普)在1994至1996年间推出第一代混合信号示波器，历经超过十年的时间没有第二家推出类似的产品，十多年后，另一示波器厂家推出自己的混合信号示波器，但你会发现两家的设计架构和核心技术完全不同，一方面这和西方国家法制健全尊重知识产权有关系，另一方面，也是设计架构本身决定了难以复制。以安捷伦科技的6000系列示波器为例，其核心技术是MegaZoom(深存储快响应)芯片，如图1-1中所标识的系统单芯片(SoC)所示，一个芯片中集成了多个功能，包括存储控制器、波形存储器、显示存储器、波形绘制功能，同时支持示波器通道和逻辑分析仪通道，MegaZoom专用芯片带来的核心好处是波形捕获率在同类产品中最高，尤其是在存储深度很深，同时打开逻辑通道和串行解码功能的时候，这也是安捷伦InfiniiVision系列示波器(5000,6000,7000)的技术立足点。实现的方法关键是三点：

　　一、将大量数据处理在该MegaZoom芯片里面完成，减轻CPU中央处理器的负担，这样保证总是自动使用最深的存储深度，而且波形捕获率高达100,000波形每秒;

　　二、一个芯片可同时处理来自示波器通道和逻辑通道的数据，保证逻辑通道打开与否不影响波形捕获率;

　　三、串行总线触发和解码在另一片FPGA芯片内部实现，保证实时性，不让解码成为波形捕获率率的瓶颈，同时也为将来支持新的总线类型或增强现有功能留下可能性;

　　四、对波形参数量测通常是基于显示的数据，数据量少，一般是1000个点，对需要更精确测量的场合，需要将示波器设置成“精确分析”模式，以便分析的存储深度到10K甚至128K个点，如需要对所有8M点进行参数参量，需使用PC软件。