圖1. 90000-X示波器捕獲板
圖1是90000-X示波器的捕獲板。90000-X示波器使用磷化銦技術，其硬件帶寬可達33GHz，實時采樣率可達80GSa/s，存儲深度可達2GB。這些指標都達到了業(yè)界頂尖的水平。但是隨著采樣速率和存儲深度的提升，數(shù)字信號處理能力成為一大挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的使用內(nèi)置計算機的Matlab軟件處理方式已經(jīng)不能滿足測試速度的要求?，F(xiàn)在，90000和90000-X示波器采用FPGA硬件進行數(shù)字信號的處理，代表了示波器數(shù)字信號處理技術發(fā)展的方向。
90000和90000-X示波器的FPGA執(zhí)行了如下處理，大幅度提升了示波器響應的速度;其FPGA也集成了嵌入去嵌入和精密探頭校準算法，也大幅度提升了測試精度。
1、MegaZoom處理核
MegaZoom處理核集成在FGPA內(nèi)部，它對存儲器進行管理。首先是使用乒乓處理技術，把存儲器分為兩部分，一部分捕獲數(shù)據(jù)時，另一部分在傳遞數(shù)據(jù)。這樣波形更新速度可提升一倍。
MegaZoom也進行壓縮處理，進行屏幕顯示波形數(shù)據(jù)運算，只傳遞需要顯示的數(shù)據(jù)到示波器屏幕上，這樣刷新速率會提升許多倍。一旦需要測量數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)傳遞給內(nèi)部計算機進行參數(shù)計算?，F(xiàn)在已經(jīng)能夠用FPGA處理一部分測量參數(shù)了，只傳遞測量參數(shù)，速度又將大幅提升。
2、FPGA進行波形參數(shù)測量
現(xiàn)在已經(jīng)把一部分測試參數(shù)用FPGA實現(xiàn)了，未來會把主要的測量參數(shù)都用FPGA實現(xiàn)，整個示波器的速度又會大幅度提升。
3、FPGA進行正弦內(nèi)插
傳統(tǒng)的示波器的Sinx/x正弦內(nèi)插是用內(nèi)置計算機的Matlab來實現(xiàn)，一旦設置的存儲深度比較深，則示波器的速度會變得很慢，現(xiàn)在用FPGA來實現(xiàn)，則沒有這樣的瓶頸。
4、FPGA進行幅度和相位修正
硬件放大器、采樣保持電路的幅頻和相頻響應沒法做到很完美，那用FPGA進行幅度和相位修正是理想化頻響的正當方法。有的示波器也可以用這種修正來提升或降低示波器的帶寬。圖2是提升示波器帶寬的方法，應用一個高通濾波器(圖2綠色曲線)，提升示波器帶寬(原來硬件帶寬曲線是紅色曲線)到更高數(shù)量級(藍色曲線)。
圖2. DSP提升示波器帶寬的方法
5、FPGA進行觸發(fā)抖動修正
硬件觸發(fā)器的觸發(fā)抖動一般是1PS以上，可以用FPGA進行觸發(fā)抖動修正到100fs量級，這樣提升了單個波形的觸發(fā)精度。但是沒法修正雙通道的時間偏差不確定度。
6、FPGA進行FFT運算和頻譜觸發(fā)
用FPGA進行FFT運算可大幅度提升FFT處理的速度，并且可以進行頻譜觸發(fā)。用內(nèi)置計算機的Matlab進行FFT處理，當內(nèi)存深度設置比較深時一般較慢，也沒法進行頻譜觸發(fā)。
7、FPGA執(zhí)行嵌入和去嵌入處理，執(zhí)行精密探頭校準參數(shù)的處理
用FPGA執(zhí)行嵌入和去嵌入處理，大幅度提升了響應速度。
由于精密探頭校準參數(shù)類似于S參數(shù)，校準參數(shù)表的數(shù)據(jù)量比較大，只有用FPGA進行處理，才能滿足速度的要求。
8、FPGA執(zhí)行協(xié)議觸發(fā)和協(xié)議譯碼
示波器做總線的協(xié)議分析是示波器應用方向之一，但是用軟件做協(xié)議譯碼速度比較慢，用軟件只能進行協(xié)議搜索，而不能進行協(xié)議觸發(fā)。現(xiàn)在一些示波器如3000-X示波器已經(jīng)用處理器實現(xiàn)了這個功能，使得譯碼速度很快，而且可以進行協(xié)議的硬件觸發(fā)。高端示波器用FPGA實現(xiàn)這個功能也在研發(fā)之中。
小結(jié)：
高端示波器用FPGA實現(xiàn)數(shù)字信號處理技術正在不斷提升中，這必將大幅度提升示波器的響應速度和精度。這是示波器R&D關鍵工作之一。
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