【历史回顾】数字示波器诞生“前夜”

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编者注：记得之前在学校的时候，整个学校就只有10台数字示波器，每次实验课只能抢先一步去实验室占机台，大多数的同学就只能使用模拟示波器，用来看看信号的包络和幅度等等。本文转自酷饭网。
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: I9 \& o9 o; Y; e- m8 ]模拟示波器向数字示波器的转变，只花了10年时间。

# l3 U5 s& U- W2 l8 b0 I$ O1980 至1990 年是模拟示波器向数字示波器转变的过渡期。HP 花了 10年时间，改变了示波器的定义和设计。在 1983 年之后，HP 再没推出过任何新的模拟示波器。也正是这一年，第一款基于计算机架构的示波器，HP 1980 被正式推出（同时期发生在机算机领域的大事有，Intel 推出 80286 CPU 以及苹果推出了第一台图形化界面的计算机 Lisa），虽然 HP 1980 还不是一台数字采样示波器，但是它可以编程控制，为系统应用而设计，打开了现代示波器的大门。

HP 1745A 是 HP 历史上最后一款模拟示波器
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( a+ J$ B# j  g- `/ I8 p7 V, Q% o! s最后的模拟示波器
最后两款模拟示波器在 1983年HP的产品目录中进行了介绍。1745A 和 1746A都是 1740A 双踪示波器的小改款。
2 u8 }- p/ @3 n" K1 f, j1745A 就是 1740A 加了一块大的 CRT 显示屏。同时推出的1746A，增加了双 marker 功能，可以更准确测量两个 marker 之间的时间间隔。如果选了数字电压表选件，时间间隔的测量结果可以直接以数字的形式显示出来。所有其他的规格与 HP 1740A 完全一样，最高可以到100 MHz 带宽，这是当时主流模拟示波器的配置。
HP 1980 是第一款采用计算机架构设计的示波器
HP 1980 开始的革命

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奠定现代示波器架构的产品是 HP 1980，它所带来的一些技术创新，在今天仍然是现代示波器体架构的核心。Zvonko Fazarinc 是 HP1980 的产品负责人，同时也是大名鼎鼎的 HP Labs 科学家。（HP Labs 是 HP 的机密实验室，只有 200 人左右，却花费 HP 总研发成本的 20%，专门为各个产品线的重要产品提供创新技术）
" Z3 f1 c: O% B6 m" r与其他仪器不同，HP 在示波器市场一直很被动（据说触发功能一直有问题）。Tektronix 才是这一市场的主宰，从 1947 年推出第一款示波器开始，一直遥遥领先。Bill Hewlett 和 Dave Packard 一度不愿进入这个市场，在没有任何创新的情况下跟在 别人后面做一款 Me Too 产品让他们觉得没有意义。
* z* T( S( h7 l  X7 d但随着示波器市场的扩大，1956 年 HP 的创始人终于坐不住了（有关 HP 为什么进入示波器市场是另外一个故事，以后有机会再讲）。《惠普之道》一书中写道，HP 的第一款示波器 HP 150 不太不可靠，一直到 1980 年，HP 示波器的市场占有率可能只有15% 左右。
# T, Q& I1 r/ I; m, J% U6 ?Dave Packard 在向用户展示 HP 150 示波器
4 b! ]$ t9 G% w$ [) [3 F0 B$ ?为了扭转示波器的落后局面，Zvonko 和工程师们被要求针对示波器做一些创新。不过当时的 ADC 技术还太烂，没办法一下子做出 100MHz 带宽的数字示波器。HP 当时的计算机业务发展很好，他们想也许可以将传统示波器设计成计算机架构，做一个由数字量控制的模拟示波器。它具备一定的数字自校准能力和可编程功能。而当时的传统示波器完全依靠旋钮产生的模拟量控制，而且不具备编程控制接口。
8 P2 o+ K' V  F; G* }7 [) N# J他们同时重新设计了 UI，比如用更多的数字按键代替旋钮，同时用数字屏幕显示设置值。经过一系列的修改后，原型机被拿给 Bill Hewlett 看，当即得到了老大的认可。Bill 希望在一年之内看到原型机，但他们花了整整3年时间才推出 HP 1980。
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HP 1980 的推出是具备历史意义的。虽然指标上与传统的 100MHz 双通道模拟示波器没什么区别，但它自带 CPU （intel 8085，8 bit CPU，最高主频 6MHz） 和操作系统，使用了 17 块自己设计的 IC 芯片混合处理模拟和数字电路，实现了观察，测量，数据读取的自动化，第一次为示波器加入了 HP-IB 接口，允许通过程序控制示波器完成复杂的测量。这时 Packard 先生才敢说 HP 示波器有了可以跟 Tek 较量的资本。
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% l0 x; P& x! x1 }6 [0 J1 s0 ]+ S% z6 hHP 1980 是第一款在架构上由 CPU 控制的示波器，带有 8 个功能模块，与今天示波器的内部结构一致
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HP1980 的数字电路板和 HP-IB 接口板。可以看到大量的 IC 芯片已经运用在电路中

数字化仪的出现HP 5180A 数字化仪 （下）和 HP 1340A X-Y CRT 显示器 （上）
因为80年代 ADC 能力不足，计算机处理能力太差，以及内存芯片价格昂贵，HP 在 1983 年还无力推出价格合理的数字示波器，所以他们使用了变通的方式推出一种新品类的仪器：数字波形记录仪。它结合了存储示波器和数字电压表的功能，使用 ADC 将捕捉到的模拟波形数字化并保存下来。
数字波形记录仪有一个很好的特点，就是能记录触发信号之前的波形。这得益于它的数字化设计，采样数据一直源源不断的进入内存中，并与触发电平进行比较，符合触发条件的部分（前后的数据）都可以直接被保留下来。这是传统示波器无法做到的事情。
, m6 w8 B  x7 [* h/ _另外被采样下来的波形还可以在 CRT 显示屏上复现出来，波形还可以局部放大，数据能被保存在磁盘中。这些现在看起来理所应当的功能在当时都是重要的创新。
. v# V/ Z1 V, p% J8 _4 h* qHP 5180A 的采样速率是 20MSa/s，10bit 分辨率，存储深度 16K （基本上是一台高速三位半数字电压表）。触发电平可以精确的使用数字设置，能够实现电平触发或者外部信号触发。在5180A 推出后，HP 还要还要再等 5 年时间，才能看到 250MS/s 采样率 （对应 100MHz 带宽）的 ADC 芯片。
. h  j5 q! t" z5 u5 HHP 5180A 的内部结构
盼星星盼月亮，随着芯片技术的发展，1988 年终于出现了 250MSa/s 采样的，8 bit 分辨率的 ADC 芯片。
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3 r8 v5 e# G: }作为台式仪器的 5183/5185 波形记录仪，可以配合显示器成为台式仪器供研发工程师使用，也可以去掉显示器，作为高速数采在自动测试系统里使用，节省测试系统空间。
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为了更好的应对系统测试需求，1986年推出的模块化仪器系统 HP 70000 系列，同时包含时域信号分析和频域信号分析模块，可以组成复杂的测试系统。沿着这一方向，HP 的模块化仪器逐渐成为一个独立的产品系列。后来发展出的 VXI 模块化测试系统，将模块化仪器的概念进一步强化，并出现了 VXI 板卡式的示波器。
真正的数字示波器
而第一款真正意义上的数字通用示波器，是 HP 54500，已经非常具有现代示波器的样子 。它推出的时候已经到了 1990 年。4通道 100MHz 带宽，完全可编程操作，价格是 3465 美元。

HP 54600 是1992 年推出的100MHz 数字示波器。在 HP Journal 1992 年 2 月期刊上，用了大半本介绍这款产品。它使用了 Motorola 的 68000 CPU （16/32 bit，最高主频 16.6MHz），另外还有 HP 自己设计的 ADC 和波形处理芯片。还加入了 FFT 计算，可以将时域信号转变为频域显示。这是在这个价位的示波器上首次出现的功能。
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随着数字技术的发展，在1992年，HP 第一次可以在示波器广告中使用了这样的宣传口号：模拟的感受，数字的性能。在推出 HP 54600 系列之后，100 MHz 数字示波器的成本已经与一台 100MHz 模拟示波器，比如 HP 1741A 差不多了。伴随这种戏剧性的突破，HP 1741A 成为 HP 历史上最后一款模拟示波器产品，数字示波器的时代正式开启。之后没过几年 HP 推出里自己的 MegaZoom 芯片，进一步提高了数字示波器的综合性能，自此世界与模拟示波器彻底告别。
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