示波器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及FPGA在示波器中的作用

背景

示波器是我們在物理試驗、電路硬件調(diào)試、智能硬件開發(fā)等領(lǐng)域都能見到的一種儀器，就像是醫(yī)生的聽診器，作為硬件研發(fā)工程師都要用的溜溜的。那么，里面到底是怎么樣的一種構(gòu)造呢？比較好奇的玩家可能已經(jīng)想把實驗室的示波器給拆開看看了，今天小編來滿足一下比較好奇的小伙伴們，我們來一起看一下一款數(shù)字熒光示波器的內(nèi)部構(gòu)造。

今天拆的是Uni-T Ultra Phosphor UPO2104CS型號的示波器，如圖.1所示，我們打開后竟然在示波器了發(fā)現(xiàn)了Xilinx Spartan-6 FPGA。是不是瞬間感覺自己也能做一臺示波器出來，同時好奇這FPGA在示波器中的作用是什么？接著往下看細節(jié)，此示波器中的Spartan-6 LX45 FPGA主要管控了DSO的信號采集內(nèi)存，內(nèi)存包含了一個快速的SRAM和SDRAM。

圖.1 Uni-T Phosphor UPO2104CS 4-channel，100MHz，1Gsamples/sec DCO

好啦，接下來就是激動人心的時刻，我們一起來看一下這款DSO的主板，可以很明顯的看到，上面具有Spartan-6 LX45 FPGA芯片，如圖.2所示。

圖.2 Uni-T Ultra Phosphor UPO2104CS DSO上的Spartan-6 FPGA

從拆開的DSO之中，我們發(fā)現(xiàn)Spartan-7 FPGA管理著從DSO的1G采樣率的ADC到DSO的樣本內(nèi)存的數(shù)據(jù)傳輸。經(jīng)過測試小編發(fā)現(xiàn)，這款示波器每秒可以采集到30000波形樣本，它的SDRAM信號收集緩存能夠采集多達65000的波形。在圖.2中我們看到了在Spartan-6頂端到快速SRAM采集內(nèi)存之間有著很多的長度匹配信號線；以及從FPGA的底部到SDRAM波形采集內(nèi)存之間的長度匹配信號線。

除此之外數(shù)字熒光示波器還有以下的功能：1. 1GS/s實時采樣率2. 4個模擬通道3. 模擬通道帶寬：100MHz4. 標(biāo)配每通道28Mpts存儲深度5. 50,000wfms/s波形捕獲率6. 多級波形灰度等級7. 獨立時基可調(diào)8. 高達6.5萬幀硬件實時波形錄制功能9. 強大的波形分析功能10. 豐富的觸發(fā)及總線解碼功能11. 8英寸 TFT LCD，WVGA(800×480)12.豐富的外圍接口：USB Host、USB Device、LAN、AUX OUT

這些性能還得多虧了Spartan-6 FPGA所提供的先進的連接性能，例如較高的logic-to-pin ratios和支持多種的I/O協(xié)議。同時，在高清視頻的智能數(shù)字標(biāo)識、工業(yè)級別的互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)和高分辨率的視頻圖像的處理等方面也得到了廣泛的應(yīng)用，此款FPGA在加速設(shè)計和低功耗設(shè)計等方面也有著很好的潛力。

總結(jié)

示波器有著很多種的型號，可以肯定的是FPGA在示波器和邏輯分析儀，頻譜分析儀中都能扮演一定的角色，是不是有一種學(xué)好FPGA走遍天下都不怕的感覺。Xilinx系列的FPGA有著很強的接口擴展性和很好的性能功耗比，使智能硬件設(shè)計工程師和智能儀器設(shè)計的工程師在低功耗高性能的設(shè)計的道路上有了一個很好的幫手。