【導讀】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33GHz，實(shí)時(shí)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(zhù)采樣速率和存儲深度的提升，數字信號處理能力成為一大挑戰，傳統的使用內置計算機的Matlab軟件處理方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足測試速度的要求?，F在，90000和90000-X示波器采用FPGA硬件進(jìn)行數字信號的處理，代表了示波器數字信號處理技術(shù)發(fā)展的方向。
90000和90000-X示波器的FPGA執行了如下處理，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，一部分捕獲數據時(shí)，另一部分在傳遞數據。這樣波形更新速度可提升一倍。
MegaZoom也進(jìn)行壓縮處理，進(jìn)行屏幕顯示波形數據運算，只傳遞需要顯示的數據到示波器屏幕上，這樣刷新速率會(huì )提升許多倍。一旦需要測量數據，再把數據傳遞給內部計算機進(jìn)行參數計算?，F在已經(jīng)能夠用FPGA處理一部分測量參數了，只傳遞測量參數，速度又將大幅提升。
2、FPGA進(jìn)行波形參數測量
現在已經(jīng)把一部分測試參數用FPGA實(shí)現了，未來(lái)會(huì )把主要的測量參數都用FPGA實(shí)現，整個(gè)示波器的速度又會(huì )大幅度提升。
3、FPGA進(jìn)行正弦內插
傳統的示波器的Sinx/x正弦內插是用內置計算機的Matlab來(lái)實(shí)現，一旦設置的存儲深度比較深，則示波器的速度會(huì )變得很慢，現在用FPGA來(lái)實(shí)現，則沒(méi)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沒(méi)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方法。有的示波器也可以用這種修正來(lái)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(gè)高通濾波器(圖2綠色曲線(xiàn))，提升示波器帶寬(原來(lái)硬件帶寬曲線(xiàn)是紅色曲線(xiàn))到更高數量級(藍色曲線(xiàn))。
圖2. DSP提升示波器帶寬的方法
5、FPGA進(jìn)行觸發(fā)抖動(dòng)修正
硬件觸發(fā)器的觸發(fā)抖動(dòng)一般是1PS以上，可以用FPGA進(jìn)行觸發(fā)抖動(dòng)修正到100fs量級，這樣提升了單個(gè)波形的觸發(fā)精度。但是沒(méi)法修正雙通道的時(shí)間偏差不確定度。
6、FPGA進(jìn)行FFT運算和頻譜觸發(fā)
用FPGA進(jìn)行FFT運算可大幅度提升FFT處理的速度，并且可以進(jìn)行頻譜觸發(fā)。用內置計算機的Matlab進(jìn)行FFT處理，當內存深度設置比較深時(shí)一般較慢，也沒(méi)法進(jìn)行頻譜觸發(fā)。
7、FPGA執行嵌入和去嵌入處理，執行精密探頭校準參數的處理
用FPGA執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類(lèi)似于S參數，校準參數表的數據量比較大，只有用FPGA進(jìn)行處理，才能滿(mǎn)足速度的要求。
8、FPGA執行協(xié)議觸發(fā)和協(xié)議譯碼
示波器做總線(xiàn)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(jìn)行協(xié)議搜索，而不能進(jìn)行協(xié)議觸發(fā)?，F在一些示波器如3000-X示波器已經(jīng)用處理器實(shí)現了這個(gè)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)現這個(gè)功能也在研發(fā)之中。
小結：
高端示波器用FPGA實(shí)現數字信號處理技術(shù)正在不斷提升中，這必將大幅度提升示波器的響應速度和精度。這是示波器R&D關(guān)鍵工作之一。
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