示波器的內部結構以及FPGA在示波器中的作用

2020-12-08 電子發燒友

示波器的內部結構以及FPGA在示波器中的作用

發表於 2018-01-23 11:42:22

背景

示波器是我們在物理試驗、電路硬體調試、智能硬體開發等領域都能見到的一種儀器，就像是醫生的聽診器，作為硬體研發工程師都要用的溜溜的。那麼，裡面到底是怎麼樣的一種構造呢？比較好奇的玩家可能已經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夥伴們，我們來一起看一下一款數字螢光示波器的內部構造。

今天拆的是Uni-T Ultra Phosphor UPO2104CS型號的示波器，如圖.1所示，我們打開後竟然在示波器了發現了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麼？接著往下看細節，此示波器中的Spartan-6 LX45 FPGA主要管控了DSO的信號採集內存，內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晶片，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，我們發現Spartan-7 FPGA管理著從DSO的1G採樣率的ADC到DSO的樣本內存的數據傳輸。經過測試小編發現，這款示波器每秒可以採集到30000波形樣本，它的SDRAM信號收集緩存能夠採集多達65000的波形。在圖.2中我們看到了在Spartan-6頂端到快速SRAM採集內存之間有著很多的長度匹配信號線；以及從FPGA的底部到SDRAM波形採集內存之間的長度匹配信號線。

除此之外數字螢光示波器還有以下的功能：1. 1GS/s實時採樣率2. 4個模擬通道3. 模擬通道帶寬：100MHz4. 標配每通道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8. 高達6.5萬幀硬體實時波形錄製功能9. 強大的波形分析功能10. 豐富的觸發及總線解碼功能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協議。同時，在高清視頻的智能數字標識、工業級別的網際網路、車聯網和高解析度的視頻圖像的處理等方面也得到了廣泛的應用，此款FPGA在加速設計和低功耗設計等方面也有著很好的潛力。

總結

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，使智能硬體設計工程師和智能儀器設計的工程師在低功耗高性能的設計的道路上有了一個很好的幫手。

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