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示波器那點事之發(fā)展史

君鑒科技 ? 2024-01-11 08:27 ? 次閱讀
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示波器作為電測行業(yè)最基本的綜合性儀器,設(shè)計和制造所涉及的領(lǐng)域也十分廣泛,從半導(dǎo)體到特種材料,從機(jī)加工到電子設(shè)計無所不涉及。這就需要強(qiáng)大完善的工業(yè)體系作為支撐。迄今為止,只有少數(shù)幾個具備完整工業(yè)體系的國家做起來??赡苡腥藭?,蘇聯(lián)早期不具有這一切?為什么蘇聯(lián)沒有做起來呢?因為市場也是很關(guān)鍵的。

僅依靠國家力量,可能能在短時間內(nèi)集中攻關(guān)力量解決一個難題,隨后投入其他難題的處理中。有些事情并不能持續(xù)的深入研究,唯有市場的持續(xù)需求不斷刺激技術(shù)進(jìn)步,就像戰(zhàn)爭那樣,技術(shù)才可能有巨大的飛躍。另外,一些其他技術(shù)的進(jìn)步,比如電子計算機(jī),也與儀器的發(fā)展相輔而成,這也帶來了思維的全面改觀。

有些事情并不能持續(xù)的深入研究,唯有市場的持續(xù)需求不斷刺激技術(shù)進(jìn)步,就像戰(zhàn)爭那樣,技術(shù)才可能有巨大的飛躍。另外,一些其他技術(shù)的進(jìn)步,比如電子計算機(jī),也與儀器的發(fā)展相輔而成,這也帶來了思維的全面改觀。

Chrent示波器的史前時代

電子示波器的起點并不容易查證,所以史前時代由示波器的操作特性來劃分。如今我們最常使用的可能是邊沿觸發(fā)模式,甚至通常認(rèn)為這就是示波器的一部分基本功能。實際上在TEK 511之前,示波器并不具備觸發(fā)能力。此時的示波器為了穩(wěn)定顯示波形,采用了一種叫做同步掃描的技術(shù)。示波器以固定的頻率進(jìn)行自由掃描,從而顯示波形。為了使波形穩(wěn)定,他也具有簡單的比較器控制,來確定何時開始掃描。不過由于掃描時間的不定性,示波管的時間軸也不穩(wěn)定。這種示波器不能進(jìn)行精確的時間測量,也不能觀察非周期性信號。

PART.01現(xiàn)代示波器的起點:Tektronix 511

與他的前輩最大的不同之處在于,他首次擁有了精確的觸發(fā)系統(tǒng),其實就是我們今日所能見到的每一臺示波器都具有的邊沿電平觸發(fā)。當(dāng)輸入波形滿足觸發(fā)比較器設(shè)定的極性與門限時,示波器開始按照時基旋鈕所設(shè)定的時間完成一次掃描。這樣可以通過調(diào)節(jié)觸發(fā)電平來確定每次掃描在波形上的起點,同時每一次掃描的時間又是已知的,通過數(shù)屏幕上的格子就可以對被測信號進(jìn)行準(zhǔn)確的時域分析。這是一個巨大的飛躍,其中簡單的原理已然成為今日每一臺示波器所必需的功能,不得不說他是現(xiàn)代示波器的起點。

PART.02固態(tài)化,小型化

射頻半導(dǎo)體技術(shù)突飛猛進(jìn)的60年代,像HP和TEK這樣的公司都迫切需要高性能的固態(tài)放大器以及各種電子管的替代器件,由于通用器件公司不能提供這些部件,他們分別建立自己的研發(fā)部門滿足內(nèi)需。由于軍方也有巨大的需求量所以最重要的資金自然不是問題。以示波器來說,要把帶寬做高,需要亮度更高,聚焦更精確,擺率更快的示波管,同樣也需要高速的前置放大器/Y軸放大器。從60年代開始,除了示波管以外的其他電子管,都將被晶體管集成電路取代。

1959年末期開始面世的泰克555型示波器,帶寬30MHz,使用完全的電子管結(jié)構(gòu)制作,功耗和體積巨大,小推車底部一層是他的電源箱.....顯然這樣的示波器顯得太過巨大,以至于離開他的小車簡直無法使用。

60年代初,隨著晶體管的量產(chǎn)難題被逐漸解決,開始了儀器固態(tài)化的進(jìn)程,此時泰克推出321型示波器。他幾乎全部使用晶體管制作,早期型號內(nèi)尚有一部分電子管工作在高壓區(qū)域,后期型號通過新型的晶體管進(jìn)一步取代了他們。

這個階段的示波器縮小,重量減輕。終于可以從推車上拿下來,放在桌面上,或者輕松的移動到一些特殊的測量現(xiàn)場。巨量的市場需求刺激他們自己開發(fā)所需的一切配件,并且?guī)恿艘恍┢渌I(yè)項目,比如玻璃的精密加工設(shè)備,金屬的沖壓設(shè)備。

60年代末期美國已經(jīng)可以制造精密的內(nèi)刻線示波管。即示波管屏幕上的格子是刻在示波管內(nèi)部的玻璃上。這樣讀數(shù)誤差更小。而同年代國產(chǎn)示波器全部都是刻在壓克力片上然后放在熒光屏前邊,從不同角度看就有不同的誤差。再加上沒有實際的需求,一直到80年代后期可能才生產(chǎn)了小部分內(nèi)刻線示波管,主要用于超聲波探傷儀。

我手頭的兩個示波管,分別來自TEK 212和2430示波器,兩個管子大約都是70-80年代的產(chǎn)品,有細(xì)致的內(nèi)刻線,有光照的時候能十分清晰的顯現(xiàn)出來(在示波器上有鎢絲燈泡背光)。

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仍然放在我辦公室的一臺80年代的國產(chǎn)20M示波器,他是亞克力刻線的,距離示波管屏幕足有1cm高度,帶來了十分大的讀數(shù)誤差,而且即便有燈光映照,刻線也不容易看清。

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一臺非常小的TEK 212手持模擬示波器,大約是80年代初期的產(chǎn)物,主要供應(yīng)軍方需求。帶寬0.5MHz。

TEK 2430示波管內(nèi)精密又漂亮的加速電極,這些電極使得電子束帶有相當(dāng)高的能量,借此示波器可以在高掃速下仍然具有足夠的亮度進(jìn)行觀察。

好了,說的有點遠(yuǎn)?;貋砝^續(xù)

Chrent高集成度與模塊化、自動化、數(shù)據(jù)分析

到底何時集成電路進(jìn)入示波器,這點我確實翻了很多資料也難以確定。曾經(jīng)有一臺老前輩留下來的泰克485,他是1972年面世的,公司這一臺是1978年左右生產(chǎn)的,他帶寬350MHz,在當(dāng)時屬于國產(chǎn)貨望塵莫及的境界。并且內(nèi)部十分的復(fù)雜,制造工藝相當(dāng)精良。

遺憾的是有一天我在擺弄他的時候,突然就黑屏了,風(fēng)扇也不再轉(zhuǎn)動。懷疑是開關(guān)電源出了問題(沒錯,1972年的時候已經(jīng)用上了開關(guān)電源)。然后現(xiàn)場拆解準(zhǔn)備檢修,拆開發(fā)現(xiàn)這也太復(fù)雜了。整個機(jī)子里里外外都被PCB板包裹,電源在中心...于是草草拍了些照片給裝回去了。

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還能開機(jī)時候的遺照

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漂亮的面板,有一部分按鈕的背光還是鎢絲燈泡

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機(jī)子后部的端口,可以看出來這個時期就已經(jīng)有有源探頭了:他有兩個有源探頭供電接口

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拆掉后邊的螺絲,拔出外殼。密密麻麻的全是板子

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示波管上的產(chǎn)品檢驗簽名

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TEK當(dāng)時所定制的奇特的集成電路

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有一大堆... 輸入通道部分,也十分的復(fù)雜

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我閑暇之余收來的個別集成電路,中間那顆外形奇特的就是TEK自己的定制產(chǎn)品。這些東西對于我們當(dāng)時的技術(shù)人員來說就是看天書一般,難以猜透他的具體用途。集成電路以及微處理器的進(jìn)一步出現(xiàn)給示波器的自動化開了條好路,作為老大的泰克自然不會放過這次狠狠開腦洞的機(jī)會~

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1970年代中期,各方面條件具備,時機(jī)成熟.泰克推出了7000系列模塊化示波器.再一個主機(jī)顯示單元內(nèi)安裝各種模塊來定義儀器的各種功能。

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而且它具有各種各樣的模塊...

具體可以看這里,是在是太多了。比如示波器所需的水平與垂直模塊,頻域與時域相交叉的TDR模塊,射頻所需要的頻率計,頻譜分析儀模塊。

當(dāng)時數(shù)字電路驗證所需的邏輯分析儀模塊....無論如何魔改,他還是模擬示波器。模擬示波器有諸多不便,比如帶寬較低,無法存儲等,在高速數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器尚不發(fā)達(dá)的70年代,高能物理實驗以及微波和雷達(dá)系統(tǒng)的測量迫切需要高帶寬,能存儲的模擬示波器。于是產(chǎn)生了一些真正的黑科技產(chǎn)物(絕對不同于某米宣傳的那些)。

先說帶寬,常規(guī)的模擬示波器,就是說用人眼看屏幕的那種,最高紀(jì)錄保持者是日本巖崎公司的產(chǎn)品(應(yīng)該也是80年代末)(型號我實在是沒記住),他帶寬高達(dá)470MHz!而80年代泰克的產(chǎn)品實際上只能到達(dá)400MHz(2467B型)。

由于普通臺式示波器的示波管顯示面積較大,電子束行程較長,Y軸驅(qū)動能力不可能無限制加大,因而限制了示波器的總體帶寬,所以有些示波管的帶寬可以達(dá)到600MHz,但驅(qū)動電路很難做到這樣的水平。再說存儲,各位都知道:模擬示波器如果使用單次觸發(fā),波形從熒光屏上一掃而過,經(jīng)過幾個ms的余輝以后就永遠(yuǎn)的消逝了。

于是技術(shù)出現(xiàn)了兩種方向,一種是示波器照相機(jī)。這種專用的相機(jī)安裝在示波器屏幕上并保持快門一直打開,示波器觸發(fā)結(jié)束以后再關(guān)閉快門完成一次曝光。這是一種機(jī)靈的做法,但是每次想看到記錄下的波形都需要沖洗膠片。

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兩臺安裝了專用照相機(jī)的示波器,看起來有點詭異

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C-53相機(jī)側(cè)面的一些調(diào)整選項,比如對焦,光圈,快門速度,走片速度等

出于示波器相機(jī)繁瑣的使用方式,所以還具另一種技術(shù),也就是記憶示波管。這種示波管在熒光屏后方安裝了特殊的存儲柵極,同時示波管內(nèi)有專用的讀出電子槍。

在主電子槍完成一次掃描后,柵極留下電子空隙。然后讀出電子槍打開,向存儲柵極均勻地發(fā)射電子幕,一部分被存儲柵極阻擋,另一部分透過柵極照射到熒光屏上,存儲波形被復(fù)現(xiàn)出來。

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存儲示波管的結(jié)構(gòu)簡圖,可看出他多了兩個FLOOD GUNS及一組置于熒光屏后邊的柵極。不過這種示波管只能存儲幾分鐘,隨后就因為電子泄露而模糊掉。后期代表型號有HP公司的1741A型。這種特殊的電子管也被用于雷達(dá)顯示屏和早期計算機(jī)的RAM存儲器。這種示波管對機(jī)械結(jié)構(gòu)要求更加精密一些,帶寬不高的管子我們國內(nèi)也能成功生產(chǎn)。

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我的1741A示波器,此時示波器并沒連接探頭,屏幕上正顯示著剛存儲下的波形,數(shù)分鐘后,波形開始模糊,最終變成一屏綠光

1741A的示波管,這個角度可以看到具有白色陶瓷后蓋的讀出電子槍

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這展示了在存儲模式下的低速掃描過程,首先全屏幕綠光,這是進(jìn)行了示波管"擦除",隨后一次接一次的掃描,首次掃描結(jié)束后波形仍然沒有消失。

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我國1973年生產(chǎn)的SC-7存儲管,他將熒光粉換成了電子靶,用于記錄和讀出數(shù)據(jù)。

到了70年代中期,電子計算機(jī)也小型化,他們被更多的應(yīng)用在測量的控制與分析領(lǐng)域。這就需要電子儀器可以記錄他的測量結(jié)果并且數(shù)字化。對于示波器這似乎是個難題,因為當(dāng)時并不能生產(chǎn)出高帶寬高采樣的ADC。此時美國佬又動起了歪腦筋,這次,泰克公司研發(fā)出了7912型(大約1973年)數(shù)字化儀(Digitizer)。

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7912AD數(shù)字化儀

他仍然使用模擬示波管,帶寬高達(dá)1GHz,如果等效到數(shù)字示波器的采樣率,則大約是2Gsa。同時能夠提供大約12bit動態(tài)范圍的數(shù)字化波形輸出。他是怎么做到的呢?

泰克使用了掃描變換管技術(shù)(Scan conversation tube).這是一種頗為奇妙的示波管,他有兩頭,一頭是示波管,負(fù)責(zé)波形掃描,另一邊是攝像管,用于圖像記錄(CCD尚未大批量應(yīng)用之前的產(chǎn)物)。兩個管子的中央是記錄靶。示波管發(fā)射掃描電子束到記錄靶,然后由攝像管和低速AD轉(zhuǎn)換器輸出,完成對于高速信號的記錄。

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7912數(shù)字化儀使用的SC108掃描變換管。

這個玩意長的可以稱之為刷屏神器了~這相當(dāng)于一個模擬FIFO。解決了當(dāng)時的技術(shù)難題,這種管子一直被泰克公司應(yīng)用到80年代末期,用來生產(chǎn)SCD5000系列數(shù)字化儀。

SCD5000數(shù)字化儀,這次他有了一個可以選裝的液晶屏,用來查看記錄下來的波形。后來與SCD5000同樣的技術(shù)在01年左右由日本巖崎公司推出TS-80000系列示波器,不過攝像管換成了CCD,LeCroy LA354還是什么玩意也是這樣的,其實是巖崎貼牌的。而此時泰克的數(shù)字示波器已跨過10Gsa采樣率的大關(guān),并達(dá)到20Gsa(TDS7404/7254)。

TS-80000系列的宣傳說明,簡略的展示了一下掃描變換管的結(jié)構(gòu)。其實就是CCD拍示波管,只不過示波管靶面很小,更容易做到高帶寬。

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TS-80000與他的屏幕截圖。這臺液晶示波器用這樣機(jī)智的辦法實現(xiàn)了模擬示波器的效果,又能存儲和測量。

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LA354,其實也是日本人代工的。

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除了數(shù)字化儀,70-80年代也有一些結(jié)構(gòu)正統(tǒng)的數(shù)字示波器。其中數(shù)字示波器的先驅(qū)據(jù)說是英國的Nicolet公司,他們制造了第一臺數(shù)字示波器,使用磁帶存儲數(shù)據(jù)。不過這些信息并不十分明確,我也沒找到第一臺數(shù)字示波器的圖片。上邊這個數(shù)字示波器是Nicolet在80年代初期的產(chǎn)物。很時髦的用了一個8寸軟驅(qū)來存儲波形。

Chrent細(xì)分化,各取所需

經(jīng)過混沌的70年代,可能這些廠商都發(fā)現(xiàn)模塊化設(shè)備的出發(fā)點是好的,但他們雜而不精。于是經(jīng)過長期積累,示波器開始出現(xiàn)各種專用細(xì)分目的的變形,來滿足不同測量需求。

對于泰克而言,通用示波器系列主要是2400系列。他們大多數(shù)都是模擬示波器,但是加入了一個新的AUTO功能,也就是示波器內(nèi)部帶有一些簡單的檢測電路可以測試輸入信號的頻率與Vpp。這樣,只需給示波器輸入被測信號,按下AUTO按鈕,很快示波器就能自動分析并轉(zhuǎn)換到最佳量程。這為用戶操作提供了很大的方便性。

針對高速數(shù)字信號的分析,泰克推出了DSA數(shù)字信號分析儀。這就是今天所使用的采樣示波器的前身。他的輸入通道被設(shè)計成可更換的,能換成輸入采樣頭或者TDR頭。帶寬可達(dá)幾十GHz。

此時期HP公司除了生產(chǎn)模擬存儲示波器,他們的數(shù)字示波器主要面向自動測量系統(tǒng)使用。儀器完全受到GPIB總線控制,所以不得不說前面板設(shè)計的并不是多么實用。

剛才說到泰克2400系列多數(shù)是模擬的,但是這也存在少數(shù)派:再說說其他的模擬FIFO存儲的示波器,80年代高頻的半導(dǎo)體技術(shù)已經(jīng)十分成熟了,所以由出現(xiàn)了一種使用CCD來儲存波形的示波器(沒錯說的就是相機(jī)那個CCD,他最早就是作為數(shù)據(jù)存儲是研發(fā)的,感光只是附帶的功能 )。

這類示波器代表型號飛利浦PM3310/3311,泰克2430/2431一類,采樣率可達(dá)200MHz。其中的CCD部件就像一個模擬信號的串行移位寄存器,在高速采樣時鐘的驅(qū)動下將模擬波形快速移入,然后在低速讀出時鐘的驅(qū)動下移出到ADC進(jìn)行數(shù)字化。也是一種比較機(jī)智的做法,成本相比掃描變換管低得多。

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我的PM3310示波器,最后一圖是他的低速ADC,大約是12KHz的采樣率。借助CCD存儲器,采樣率可達(dá)60M,然而,我多次對照維修手冊,仍然無法確定CCD是其中的哪一部分,或者哪個IC。

Chrent全面數(shù)字化,混合信號測量

到80年代后期,泰克和HP紛紛停產(chǎn)模擬示波器,投身數(shù)字示波器。其中HP最先推出的是54500系列,采樣率都不是太高,幾百M的范圍。

不過對于很多應(yīng)用場合都能夠滿足記錄要求,隨著90年代初高采樣率ADC的實用化,泰克也推出了十分經(jīng)典的TDS500系列示波器,并且定義了未來幾十年后的數(shù)字示波器基本架構(gòu)。

我開蓋的,TDS500系列第一代ADC,從90年代初生產(chǎn)到94年左右,其中有兩個核心,估測一個是sample/hold,另一個是pipe-line ADC。例如TDS540型,帶寬到達(dá)500HMz,實時采樣率可達(dá)1GHz,這代表數(shù)字示波器開始真正實用并擁有良好適應(yīng)性,可在眾多場合取代模擬示波器!

不過這些早期的高性能數(shù)字示波器還面臨波形更新率太低的問題,每秒幾十次到數(shù)百次,還不能像模擬示波器那樣展現(xiàn)豐富的波形信息,不能擁有模擬示波器能展現(xiàn)的余輝效果(如果你用低檔示波器看過CVBS視頻信號,應(yīng)該更加有感受)。

使用模擬示波器觀察視頻信號,它具有細(xì)膩的亮度變化,這是因為信號自身的掃描速度不同所引起的。視頻信號的同步周期是50或者60Hz,而寬闊的方塊區(qū)域是顏色掃描信號,他的頻率遠(yuǎn)高于同步信號周期,而模擬示波器的Y軸帶寬恒定的,不受掃描速度影響,所以可精細(xì)的展現(xiàn)這些波形。而普通數(shù)字示波器在較長的時基下一般也會使用較低的采樣率。這導(dǎo)致在波形密集區(qū)域發(fā)生混疊,最后只能采集到一些錯誤的低頻混疊波形.

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左側(cè)就是一般數(shù)字示波器觀察視頻信號的效果。丟失了大量的細(xì)節(jié),右側(cè)是數(shù)字熒光示波器,他非常接近模擬示波器的效果,這個后邊談到。

目前的低端國產(chǎn)示波器依然如此,從屏幕上無法獲得波形的疊加層次信息,測量開關(guān)電源帶有尖峰的振蕩波形,示波器也無法記錄細(xì)節(jié)。經(jīng)??床坏郊?xì)微的毛刺脈沖。

傳統(tǒng)示波器每次觸發(fā)以后就停止采集,然后CPU開始讀出采樣內(nèi)存并且更新到顯存中,耽誤大量時間。在數(shù)據(jù)處理過程中示波器可能錯過大量關(guān)鍵波形。針對這些問題,泰克從1996年開始推出帶有instaVu技術(shù)的TDS500B/700A型示波器。

他的做法比較簡單暴力,相比以前數(shù)字示波器每一擋時基所用的采樣率、instaVu示波器使用更高的采樣率去連續(xù)不斷的采集波形,避免混疊,并且疊加在RAM中,然后每30ms更新一次屏幕,這樣經(jīng)過大量疊加的波形能攜帶更多的偶發(fā)信息,進(jìn)一步接近模擬示波器的效果。到了97年,發(fā)布了改進(jìn)型的instaVu示波器:TDS500C/700C,比起上一代,他每秒最多可以捕獲40萬個波形!而模擬示波器受限于回掃時間,大約可以等效到20萬波形/秒。

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instaVu示波器:他可以顯示大量疊加過得波形信息,卻不能提供波形的三維數(shù)據(jù)。

此時數(shù)字示波器只剩最后一個難點,也就是模擬示波器可以提供的余輝信息,余輝可以告訴我們波形出現(xiàn)的頻率和速度,例如模擬示波器不容易看到方波那快速陡峭的上升沿,因為電子束在邊沿駐留的時間不多,無法充分激發(fā)熒光粉。

泰克進(jìn)一步努力,在1998年發(fā)布具有劃時代意義的TDS500D/700D系列數(shù)字熒光示波器(Digital Phosphor Oscilloscope)。他是instaVu的進(jìn)一步改進(jìn),依托處理能力更強(qiáng)大的DPX熒光處理器,在疊加波形的同時也計算出波形每一處的重疊率,于是數(shù)字示波器首次擁有X和Y軸以外的Z軸,即亮度軸,此時數(shù)字示波器可從三維角度進(jìn)行觀察。

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還是上圖那個波形,在DPO示波器上呈現(xiàn),信號的出現(xiàn)概率均以不同的輝度呈現(xiàn)。

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DPO宣傳小冊子里的框圖,他有并行數(shù)據(jù)處理能力,波形采集和更新的同時,CPU和DSP也可以連續(xù)計算參數(shù)刷新到屏幕上。其中DPX熒光處理器是獨立工作的一部分。

TDS784D示波器1G帶寬,4Gsa采樣率。這臺是最后期一批產(chǎn)品,2001年出廠,他換裝了最新研發(fā)的ADC和DPX控制器,后來這些部件延續(xù)到TDS5000和7000系列示波器使用。

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他的CPU是MOTOROLA MC68040,操作系統(tǒng)VxWorks

采集板上的DPX控制器和大量的采樣緩存??梢钥吹贸鰜砉に囘€是很復(fù)雜的,國產(chǎn)山寨還是有一定壓力的(實際上41所搞這個6的不行)。但是對于民企就需要投入巨大的成本。顯然沒有這個必要,畢竟投入未必有回報。

@MIKA 還提到了模擬輸入的問題

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這是TDS500D系列示波器的前端通道。因為這一代前端功耗很大,是做在陶瓷電路板上的。而且能看到他使用了當(dāng)時很先進(jìn)的激光調(diào)整技術(shù),來保證最終通道一致性和穩(wěn)定性。我也接觸過HANTEK和RIGOL的示波器板卡,基本無一例外通那里都有幾個可調(diào)電容,在進(jìn)行儀器校準(zhǔn)的時候需要去調(diào)調(diào)。

第一代DPO示波器只有16級輝度,相比模擬示波器幾乎無限多的輝度等級似乎完全沒用處,實際上他十分不錯了,依托數(shù)字示波器靈活的測量能力以及強(qiáng)大的分析性能,終于完全取代了模擬示波器。

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一個抖動中的信號

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測試方波,邊沿看起來就像模擬示波器的效果

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似乎有亞穩(wěn)態(tài)的現(xiàn)象

同年,泰克TDS694C數(shù)字示波器的帶寬到達(dá)3GHz,實時采樣率突破10Gsa大關(guān)...進(jìn)入新世紀(jì),除了日本人還短期內(nèi)搗鼓了一下掃描變換管,泰克,hp(此時已經(jīng)是agilent)以及LeCroy全面的把高端示波器轉(zhuǎn)向X86平臺,也就是將以前示波器內(nèi)慣用的MC68000系列或者ColdFire CPU轉(zhuǎn)換到PC平臺,同時具有輔助DSP來完成波形分析,使得示波器的測量能力以及測量速度進(jìn)一步提高。

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我現(xiàn)在業(yè)余使用的TDS7054示波器,是TEK在01年推出的,用來接替TDS700D系列的pc-based示波器。擁有更好的熒光性能,更快速,更強(qiáng)大的分析能力和更靈活的通訊端口。以上是90年代泰克示波器的主要發(fā)展路線,不過這并不是90年代的全部。在90年代示波器領(lǐng)域出現(xiàn)了一些新的概念,在當(dāng)時受限于多種技術(shù)限制并未能帶來很好的實用效果。不過在近期這些技術(shù)重新投入市場,使得示波器的觀測能力進(jìn)一步擴(kuò)展。

比如:混合信號示波器

混合信號示波器的概念最早由HP公司提出。主實現(xiàn)方式是將示波器與邏輯分析儀一體化生產(chǎn),邏輯圖與波形圖同時顯示,相互參考。在數(shù)模結(jié)合系統(tǒng)或者數(shù)字系統(tǒng)的物理層驗證中發(fā)揮了很大的作用。

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這應(yīng)該是第一臺MSO,帶有16個邏輯(數(shù)字)通道。同時這臺機(jī)子開始使用最新推出的MEGA ZOOM采樣技術(shù),是DPO的競爭技術(shù),也能帶來模擬示波器一樣的余輝效果。那在MSO之前呢?

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在HP推出MSO之前,我們還有這樣一款火星級產(chǎn)品——TLS216,它是一臺有16個模擬通道的示波器,泰克管它叫做LogicScope。具體應(yīng)該是92年發(fā)布TDS500系列架構(gòu)取得成功以后,利用TDS500的框架設(shè)計出來的怪物。他有2Gsa的采樣率卻要被16個通道平分。再加上他沒有協(xié)議解析能力,屏幕分辨率只有VGA水平。導(dǎo)致他是一個徹底的失敗產(chǎn)物。不過他給HP提供了設(shè)計MSO的好思路——即數(shù)字和模擬應(yīng)該分開,要增加協(xié)議分析能力,而不是追求大量的模擬通道。

Chrent新世紀(jì):混合域分析

當(dāng)然不用多說的是,進(jìn)入了新世紀(jì),示波器的帶寬和采樣率依然沒有停止增長。

除此之外,一些示波器也增加了時域測量以外的功能,比如MSO可以分析邏輯信號的狀態(tài)與時序。而更進(jìn)一步的MDO混合域示波器則加入了一個寬帶頻譜分析儀,使得示波器可以從時域/頻域/調(diào)制域的角度重新審視信號,為測量人員開辟一片新的天地(然而這么NB的示波器我并買不起,所以什么具體評測拆機(jī)上圖啥的免了)。

說這么多,其實是想用實際的設(shè)備來看到前輩們是如何一個一個腳印走過來的。其中一些過渡技術(shù)早已被淘汰,被人遺忘。但回首這些技術(shù),仍然閃爍著智慧的光芒。說白一點,除了刻苦鉆研,腦洞和大把資金也是很重要的.可以看出來這些歷史產(chǎn)品未必成功,但是帶來了大量的技術(shù)積累.另外受限于篇幅,更多有意思的設(shè)備未能完全寫出,再發(fā)幾個圖片:

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這是TEK 222,比iPhone5s稍微大一圈的東西是10MHz手持?jǐn)?shù)字示波器。80年代的產(chǎn)物,他還是兩通道相互隔離的。從圖片可以看出他用了磁隔離器。

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