示波器工业发展新里程碑

----实时数据分析软件成为未来的发展方向

　　100多年前，斯特拉斯堡大学的物理学教授卡尔·费丁南德·布劳恩发明了世界上第一个阴极射线管示波器。布劳恩决没有想到他的粗陋的装置在100年以后不但演化成为大众娱乐工具－电视，而且还成为电子工业和科研实验室中的一种必备仪器。示波器发展历史的下一个里程碑是Nicolet公司在1972年首创了数字示波器（DSO），而惠普公司在1984年真正实现了数字示波器的商业化和技术改进。不久前，安捷伦科技发布了针对其54850系列产品的在线数据分析软件包，首次实现从高速串行模拟数据流中对8B/10B编码的解码和PCI Express协议的测试。这一进展揭开了示波器未来发展的新的一页：以高速采样和大容量数据存储为特征的现代示波器将更多强调其软件分析和二次应用开发功能。应用开发工程师如果不想投入额外资金去购买分析软件包，他就必须学习如何应用示波器编程接口（API）去控制仪器和解释数据－包括实现信号的软件触发等，而不再只是单纯熟悉仪器面板上的各种按钮和开关。

　　对于现代示波器的这一发展特征，安捷伦科技电子仪器与系统事业部市场经理Johnnie Hancock补充道：“今天主流的示波器供应商在产品的硬件性能上已经基本上相互接近，竞争将转移到高性能的数据分析软件层次。” Hancock于1979年加入惠普公司，任嵌入式硬件设计师一职，并拥有数字示波器放大器校准技术的专利权。

　　Hancock解释了其8B/10B解码SDA软件包的来龙去脉，他说过去示波器用户能做的仅仅是观察各种不同类型的波形，并试图通过手工记录诸如“信号沿”和“脉冲宽度”等所关注的基本波形参数和触发事件等。“虽然这些传统的手段将继续代表示波器的基本使用方式，但在分析今天的高速总线标准，如PCI-Express、Serial ATA和Fibre Channel的丰富内容时，这种方法的效率是极为低下的。” Hancock表示。现在，SDA软件包能把与这些高速串行总线相关的波形转变成更有意义和更高级别的8B/10B码，同时可用简单的两位数表示屏幕上数百个数据点。“用户由此能更好的观察表示波形的代码，按给定的代码顺序搜索波形，甚至在找到规定的8B/10B码序后触发示波器。这些能力可在调试、表征和验证新设计时节省数日的工程时间。” Hancock强调指出。

　　McData公司高级设计师Charles Ervin作证说：“我在大多数时间中仅仅需要知道我的芯片是否输出正确的码序。实际上，了解8B/10B编码的Fibre Channel码型是极为复杂的。找到问题会耗费大量时间，现在有了SDA软件包，就能立即确定问题所在。”

　　一些应用工程师还表示，SDA软件包包括软件时钟恢复和实时眼模板测试特性，这对于高速串行总线工作的验证是至关重要的。例如，综合利用这两项功能，即可把串行数据叠加到组合猫眼图中，并按标准模板进行测试。如果测试没有通过，工程师就可以利用SDA软件包提供的“展开”功能，具体了解是那些数据位出了问题，并可以定位相对应的模拟波形。Hancock称现代示波器具备这种能力是“史无前例”的，他表示目前还没有任何第三方产品具备这样的功能。

　　人们有理由相信，SDA软件包只是在现代高性能示波器上“加载”（Add-on）高级实时软件分析工具的一个开端：未来在示波器的硬件平台上将演化出大量在线和离线的分析软件包，包括商业软件包和客户自己进行二次开发的工具。对此，Hancock 介绍说：“工程师们对基于数字示波器的分析软件有很大的期待，他们不仅要求软件可以帮助他们分析信号抖动，还要求软件可以进行一定的协议分析和总线规范测试，例如USB和串行ATA协议分析和PCI Express 总线测试等。” 他同时表示，尽管目前4通道的示波器无法在信号分析上取代多通道的逻辑分析仪，但今天的示波器由于具备了高速信号量化采集和存储的功能，再加上强有力的软件工具，人们已经可以在示波器上实现某些以往只能由协议分析仪和逻辑分析仪才能实现的功能。

　　新发布的安捷伦SDA软件包还包括一个PCI-Express总线规范测试包附件，Hancock说，这一增添的选项可以帮助设计师检验其PCI-Express总线产品是否符合规范要求，测量并不局限在“通过∕失败”这样的定性结论上，而且还可以指出实际结果和标准的差距。

　　尽管可以从安捷伦购买SDA软件包，不过有能力的安捷伦示波器用户还可以利用该公司提供的My Infiniium开发工具包（API），在Windows 图像界面下利用C语言和专有的宏指令开发自己的数据分析软件。用户还可以利用第三方的数据分析工具，如Matlab对数据进行其它分析。不过目前还不清楚My Infiniium开发工具包和开发文档是否提供了操纵和利用示波器全部软硬件资源的手段和指导，Hancock对这个问题也没有正面回答。一般相信，供应商在这方面可能有所保留，应为一旦开放所有的软硬件资源调用方法，仪器供应商可能失去在开发商业软件包上的优势地位，毕竟价值接近1万美元的商业软件包是一种重要的增值手段。与此同时，对那些“不够熟练”同时又喜欢尝试的示波器用户，开放全部的编程资源对产品的正常使用可能是一种潜在威胁－不当的操纵资源可能导致设备的故障和损坏。

　　最后要指出的是，尽管实时数据分析软件将成为未来产品发展的亮点，但这些发展还是建立在强大的硬件基础上的。Hancock透露，采用砷化镓材料和CMOS工艺，安捷伦实验室已经开发出采样频率达20Gbps的单片采样/模数转换芯片，同时，利用微波设计和DSP滤波技术，其探头的实际采样频率已经提升到7GHz。“正是基于这样的硬件基础，才能为上层的软件工具提供高质量的原始测试数据并保证分析结果的可靠性。” Hancock表示。

　
摘自　电子工程专辑