圖1是90000-X示波器的捕獲板。90000-X示波器使用磷化銦技術(shù),，其硬件帶寬可達(dá)33GHz,，實(shí)時(shí)采樣率可達(dá)80GSa/s，存儲深度可達(dá)2GB,。這些指標(biāo)都達(dá)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(jì)算機(jī)的Matlab軟件處理方式已經(jīng)不能滿足測試速度的要求。現(xiàn)在,，90000和90000-X示波器采用FPGA硬件進(jìn)行數(shù)字信號的處理,，代表了示波器數(shù)字信號處理技術(shù)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(yīng)的速度;其FPGA也集成了嵌入去嵌入和精密探頭校準(zhǔn)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(jìn)行管理。首先是使用乒乓處理技術(shù),，把存儲器分為兩部分,，一部分捕獲數(shù)據(jù)時(shí)，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(jìn)行壓縮處理,，進(jìn)行屏幕顯示波形數(shù)據(jù)運(yùn)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(jì)算機(jī)進(jìn)行參數(shù)計(jì)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(jìn)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(shí)現(xiàn)了，未來會把主要的測量參數(shù)都用FPGA實(shí)現(xiàn),，整個示波器的速度又會大幅度提升,。
3、FPGA進(jìn)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(jì)算機(jī)的Matlab來實(shí)現(xiàn),，一旦設(shè)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(shí)現(xiàn),，則沒有這樣的瓶頸,。
4、FPGA進(jìn)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(yīng)沒法做到很完美,，那用FPGA進(jìn)行幅度和相位修正是理想化頻響的正當(dāng)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(yīng)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(lán)色曲線),。
圖2. DSP提升示波器帶寬的方法
5,、FPGA進(jìn)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(jìn)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(shí)間偏差不確定度。
6,、FPGA進(jìn)行FFT運(yùn)算和頻譜觸發(fā)
用FPGA進(jìn)行FFT運(yùn)算可大幅度提升FFT處理的速度,，并且可以進(jìn)行頻譜觸發(fā)。用內(nèi)置計(jì)算機(jī)的Matlab進(jìn)行FFT處理,，當(dāng)內(nèi)存深度設(shè)置比較深時(shí)一般較慢,，也沒法進(jìn)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(zhǔn)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(yīng)速度。
由于精密探頭校準(zhǔn)參數(shù)類似于S參數(shù),，校準(zhǔn)參數(shù)表的數(shù)據(jù)量比較大,，只有用FPGA進(jìn)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(yīng)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(jìn)行協(xié)議搜索,，而不能進(jìn)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(shí)現(xiàn)了這個功能,，使得譯碼速度很快,，而且可以進(jìn)行協(xié)議的硬件觸發(fā)。高端示波器用FPGA實(shí)現(xiàn)這個功能也在研發(fā)之中,。
小結(jié)：
高端示波器用FPGA實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理技術(shù)正在不斷提升中,，這必將大幅度提升示波器的響應(yīng)速度和精度。這是示波器R&D關(guān)鍵工作之一,。