模擬示波器向數字示波器的轉變,只花了10年時間。
1980至1990年是模擬示波器向數字示波器轉變的過渡期。HP花了10年時間,改變了示波器的定義和設計。在1983年之后,HP再沒推出過任何新的模擬示波器。也正是這一年,第一款基于計算機架構的示波器,HP1980被正式推出(同時期發生在機算機領域的大事有,Intel推出80286CPU以及蘋果推出了第一臺圖形化界面的計算機Lisa),雖然HP1980還不是一臺數字采樣示波器,但是它可以編程控制,為系統應用而設計,打開了現代示波器的大門。
HP1745A是HP歷史上最后一款模擬示波器
最后的模擬示波器
最后兩款模擬示波器在1983年HP的產品目錄中進行了介紹。1745A和1746A都是1740A雙蹤示波器的小改款。
1745A就是1740A加了一塊大的CRT顯示屏。同時推出的1746A,增加了雙marker功能,可以更準確測量兩個marker之間的時間間隔。如果選了數字電壓表選件,時間間隔的測量結果可以直接以數字的形式顯示出來。所有其他的規格與HP1740A完全一樣,最高可以到100MHz帶寬,這是當時主流模擬示波器的配置。
HP1980是第一款采用計算機架構設計的示波器
HP1980開始的革命
奠定現代示波器架構的產品是HP1980,它所帶來的一些技術創新,在今天仍然是現代示波器體架構的核心。ZvonkoFazarinc是HP1980的產品負責人,同時也是大名鼎鼎的HPLabs科學家。(HPLabs是HP的機密實驗室,只有200人左右,卻花費HP總研發成本的20%,專門為各個產品線的重要產品提供創新技術)
與其他儀器不同,HP在示波器市場一直很被動(據說觸發功能一直有問題)。Tektronix才是這一市場的主宰,從1947年推出第一款示波器開始,一直遙遙領先。BillHewlett和DavePackard一度不愿進入這個市場,在沒有任何創新的情況下跟在別人后面做一款MeToo產品讓他們覺得沒有意義。
但隨著示波器市場的擴大,1956年HP的創始人終于坐不住了(有關HP為什么進入示波器市場是另外一個故事,以后有機會再講)?!痘萜罩馈芬粫袑懙?,HP的第一款示波器HP150不太不可靠,一直到1980年,HP示波器的市場占有率可能只有15%左右。
為了扭轉示波器的落后局面,Zvonko和工程師們被要求針對示波器做一些創新。不過當時的ADC技術還太爛,沒辦法一下子做出100MHz帶寬的數字示波器。HP當時的計算機業務發展很好,他們想也許可以將傳統示波器設計成計算機架構,做一個由數字量控制的模擬示波器。它具備一定的數字自校準能力和可編程功能。而當時的傳統示波器完全依靠旋鈕產生的模擬量控制,而且不具備編程控制接口。
他們同時重新設計了UI,比如用更多的數字按鍵代替旋鈕,同時用數字屏幕顯示設置值。經過一系列的修改后,原型機被拿給BillHewlett看,當即得到了老大的認可。Bill希望在一年之內看到原型機,但他們花了整整3年時間才推出HP1980。
HP1980的推出是具備歷史意義的。雖然指標上與傳統的100MHz雙通道模擬示波器沒什么區別,但它自帶CPU(intel8085,8bitCPU,最高主頻6MHz)和操作系統,使用了17塊自己設計的IC芯片混合處理模擬和數字電路,實現了觀察,測量,數據讀取的自動化,第一次為示波器加入了HP-IB接口,允許通過程序控制示波器完成復雜的測量。這時Packard先生才敢說HP示波器有了可以跟Tek較量的資本。
HP1980是第一款在架構上由CPU控制的示波器,帶有8個功能模塊,與今天示波器的內部結構一致
HP1980的數字電路板和HP-IB接口板??梢钥吹酱罅康腎C芯片已經運用在電路中
數字化儀的出現
數字化儀
因為80年代ADC能力不足,計算機處理能力太差,以及內存芯片價格昂貴,HP在1983年還無力推出價格合理的數字示波器,所以他們使用了變通的方式推出一種新品類的儀器:數字波形記錄儀。它結合了存儲示波器和數字電壓表的功能,使用ADC將捕捉到的模擬波形數字化并保存下來。
數字波形記錄儀有一個很好的特點,就是能記錄觸發信號之前的波形。這得益于它的數字化設計,采樣數據一直源源不斷的進入內存中,并與觸發電平進行比較,符合觸發條件的部分(前后的數據)都可以直接被保留下來。這是傳統示波器無法做到的事情。
另外被采樣下來的波形還可以在CRT顯示屏上復現出來,波形還可以局部放大,數據能被保存在磁盤中。這些現在看起來理所應當的功能在當時都是重要的創新。
HP5180A的采樣速率是20MSa/s,10bit分辨率,存儲深度16K(基本上是一臺高速三位半數字電壓表)。觸發電平可以精確的使用數字設置,能夠實現電平觸發或者外部信號觸發。在5180A推出后,HP還要還要再等5年時間,才能看到250MS/s采樣率(對應100MHz帶寬)的ADC芯片。
盼星星盼月亮,隨著芯片技術的發展,1988年終于出現了250MSa/s采樣的,8bit分辨率的ADC芯片。
作為臺式儀器的5183/5185波形記錄儀,可以配合顯示器成為臺式儀器供研發工程師使用,也可以去掉顯示器,作為高速數采在自動測試系統里使用,節省測試系統空間。
為了更好的應對系統測試需求,1986年推出的模塊化儀器系統HP70000系列,同時包含時域信號分析和頻域信號分析模塊,可以組成復雜的測試系統。沿著這一方向,HP的模塊化儀器逐漸成為一個獨立的產品系列。后來發展出的VXI模塊化測試系統,將模塊化儀器的概念進一步強化,并出現了VXI板卡式的示波器。
真正的數字示波器
而第一款真正意義上的數字通用示波器,是HP54500,已經非常具有現代示波器的樣子。它推出的時候已經到了1990年。4通道100MHz帶寬,完全可編程操作,價格是3465美元。
HP54600是1992年推出的100MHz數字示波器。在HPJournal1992年2月期刊上,用了大半本介紹這款產品。它使用了Motorola的68000CPU(16/32bit,最高主頻16.6MHz),另外還有HP自己設計的ADC和波形處理芯片。還加入了FFT計算,可以將時域信號轉變為頻域顯示。這是在這個價位的示波器上首次出現的功能。
隨著數字技術的發展,在1992年,HP第一次可以在示波器廣告中使用了這樣的宣傳口號:模擬的感受,數字的性能。在推出HP54600系列之后,100MHz數字示波器的成本已經與一臺100MHz模擬示波器,比如HP1741A差不多了。伴隨這種戲劇性的突破,HP1741A成為HP歷史上最后一款模擬示波器產品,數字示波器的時代正式開啟。之后沒過幾年HP推出里自己的MegaZoom芯片,進一步提高了數字示波器的綜合性能,自此世界與模擬示波器徹底告別。