示波器的工業(yè)發(fā)展新里程碑：實時數(shù)據(jù)分析軟件成為未來的發(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·費丁南德·布勞恩發(fā)明了世界上第一個陰極射線管示波器。布勞恩決沒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工具－電視，而且還成為電子工業(yè)和科研實驗室中的一種必備儀器。示波器發(fā)展歷史的下一個里程碑是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)布了針對其54850系列產(chǎn)品的在線數(shù)據(jù)分析軟件包，首次實現(xiàn)從高速串行模擬數(shù)據(jù)流中對8B/10B編碼的解碼和PCI Express協(xié)議的測試。這一進(jìn)展揭開了示波器未來發(fā)展的新的一頁：以高速采樣和大容量數(shù)據(jù)存儲為特征的現(xiàn)代示波器將更多強調(diào)其軟件分析和二次應(yīng)用開發(fā)功能。應(yīng)用開發(fā)工程師如果不想投入額外資金去購買分析軟件包，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)－包括實現(xiàn)信號的軟件觸發(fā)等，而不再只是單純熟悉儀器面板上的各種按鈕和開關(guān)。

對于現(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)部市場經(jīng)理Johnnie Hancock補充道：“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，競爭將轉(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軟件包的來龍去脈，他說過去示波器用戶能做的僅僅是觀察各種不同類型的波形，并試圖通過手工記錄諸如“信號沿”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?！半m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，這種方法的效率是極為低下的?！?Hancock表示。現(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別的8B/10B碼，同時可用簡單的兩位數(shù)表示屏幕上數(shù)百個數(shù)據(jù)點?！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、表征和驗證新設(shè)計時節(jié)省數(shù)日的工程時間。” Hancock強調(diào)指出。

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

一些應(yīng)用工程師還表示，SDA軟件包包括軟件時鐘恢復(fù)和實時眼模板測試特性，這對于高速串行總線工作的驗證是至關(guān)重要的。例如，綜合利用這兩項功能，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)行測試。如果測試沒有通過，工程師就可以利用SDA軟件包提供的“展開”功能，具體了解是那些數(shù)據(jù)位出了問題，并可以定位相對應(yīng)的模擬波形。Hancock稱現(xiàn)代示波器具備這種能力是“史無前例”的，他表示目前還沒有任何第三方產(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）高級實時軟件分析工具的一個開端：未來在示波器的硬件平臺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)行二次開發(fā)的工具。對此，Hancock 介紹說：“工程師們對基于數(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抖動，還要求軟件可以進(jìn)行一定的協(xié)議分析和總線規(guī)范測試，例如USB和串行ATA協(xié)議分析和PCI Express 總線測試等?！?他同時表示，盡管目前4通道的示波器無法在信號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量化采集和存儲的功能，再加上強有力的軟件工具，人們已經(jīng)可以在示波器上實現(xiàn)某些以往只能由協(xié)議分析儀和邏輯分析儀才能實現(xiàn)的功能。

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

盡管可以從安捷倫購買SDA軟件包，不過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開發(fā)工具包（API），在Windows 圖像界面下利用C語言和專有的宏指令開發(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對數(shù)據(jù)進(jìn)行其它分析。不過目前還不清楚My Infiniium開發(fā)工具包和開發(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對這個問題也沒有正面回答。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)商可能失去在開發(fā)商業(yè)軟件包上的優(yōu)勢地位，畢竟價值接近1萬美元的商業(yè)軟件包是一種重要的增值手段。與此同時，對那些“不夠熟練”同時又喜歡嘗試的示波器用戶，開放全部的編程資源對產(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，盡管實時數(shù)據(jù)分析軟件將成為未來產(chǎn)品發(fā)展的亮點，但這些發(fā)展還是建立在強大的硬件基礎(chǔ)上的。Hancock透露，采用砷化鎵材料和CMOS工藝，安捷倫實驗室已經(jīng)開發(fā)出采樣頻率達(dá)20Gbps的單片采樣/模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，同時，利用微波設(shè)計和DSP濾波技術(shù)，其探頭的實際采樣頻率已經(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)量的原始測試數(shù)據(jù)并保證分析結(jié)果的可靠性。” Hancock表示。(end)