自从拆解了一台新款数字万用表后，终于发现了Keysight成功的大秘密

几个月前我们对 Keysight 数字万用表团队做了一次邮件专访。在这个源自惠普时代的明星团队里诞生过很多经典产品，比如3458A，34401A 和 34970A。对这个团队，我们最关心的问题是：34401A 为什么能如此成功，以及在获得如此巨大的成功之后，他们还能干点儿什么？

这次接受我们采访的是 Wayne H. Willis，他是万用表团队的产品经理。这哥们 1979 年就加入惠普，最早负责生产线的管理工作，在 1992 年的 HP Journal 中有一篇他的文章介绍如何在自动化测试产线上使用 VXI 平台。据说是个狂热的计算机发烧友。

HP Journal 上 Wayne Willis 的照片

采访非常有意思，为了配合采访内容，我们还偷偷拆了一台他们的新款 34461A 数字万用表。拆解部分的内容在文章后半段，大家可以配合问答部分对照查看。

是的，在采访完 Wayne 之后，我们还把他们的一台 34461A 给拆成这样了

* 在下面的文章中

EEN 表示 EENuts，WW 表示 Wayne Willis

EEN：请跟我们大家介绍一下您在 Keysight 万用表团队的工作内容，另外能给我们看看团队的的照片么？

WW：大家好，我是 Wayne Willis，34461A 研发经理，也是个电子工程师，我是在 1979 年加入 HP 的（38年！）。每天的工作就是和研发工程师以及产品市场工程师一起，设计和开发新产品。因为这次采访的重点是我们的数字万用表，我觉得我应该公布一张设计团队的合影。这张照片你们可以看到，我们的团队里既有年轻工程师，也有一些 40 年以上工作经验的高龄（或者说资深吧）工程师组成。甚至还有好几位工程师是参与过 34401A 项目。当然你可以很容易的识别出这些大佬人物，因为他们头发都比较少了...

3446X 万用表研发团队合影，头发少的工程师都参与过 34401A 项目...这是电子工程师的宿命么？？？

EEN：既然 34401A 是 HP-Agilent-Keysight 历史上最成功的产品，当它正式宣布停产的时候，你们有没有特别的庆祝一下？

WW：当然有啊。其实我们办了一个特别大的庆祝活动，为 34401A 举行了隆重的“退休”仪式，时间就在它停产的那天（2016 年12 月 1 日）。我们仔细查找了当年在 34401A 项目中工作过的所有人员（包括研发，市场和订单管理），邀请了尽可能多的人前来参加。当然这其中有很多人都退休了，所以这场活动最终变成了老朋友们的重逢聚会。活动的主持人是原来负责 34401A 市场宣传工作的老兄，他在现场讲了很多好玩的段子，与大家一起重温了那段时光。（有点感动啊，很浓的人情味）

EEN：作为一个参与者，从你的角度看，哪些因素让 34401A 如此成功，能否帮我们列举三个最重要的原因？

WW：在我们那个年代，34401A 是一个真正不一样的产品。它用五位半的价格，提供了六位半的测量精度和分辨率，它的耐用性和可靠性在行业中从未被超越。所以它的成功是低价格，高性能，以及坚固耐用三方面平衡的结果，这些也正是用户所真正需要的。

EEN：你们当时用了什么超能力，才能让 34401A 如此成功而且经久不衰？如果想设计一款如此成功的产品，难度在哪些地方？

WW：我觉得这可能要归结于34401A是 HP 第一款在研发前进行过海量市场调查的产品。所有的市场调查结果都被汇总到一种被称为“质量屋”（House of Quallity, HOQ，这是80年代由日本公司最早提出的一套产品研发决策体系）的分析工具中，我们将所有的客户反馈详细记录并排列优先级。“质量屋”体系在当时是一个新东西，但最终被证明是一个非常有效的方法，尤其是在那些需要做出取舍的关键时刻，我们首先想到的就是一定要把用户的要求放在第一位。

比如我们举个有意思的例子：我们都知道，对用户来讲，他们都希望我们的产品特别坚固可靠。我们一方面要想方设法的提高产品质量，满足他们的要求。另一方面，我们还应该想办法让他们能非常直观的感受到我们的产品特别可靠。这就是为什么在 34401A 的最终设计中，加了一层橡胶保护套（bumper，在 HP 之前的产品中是没有这个保护套的）。直到今天，我们所有的台式仪器还在继续包裹这层橡胶套，甚至影响到其他厂家也都在这样做，因为这种外观强烈的满足了客户的心理预期。（感觉被套路了...）

没有 bumper 的 34401A，看起来确实显得孱弱许多

Bumper 的设计在今天的台式仪器上仍然广泛使用

设计一款成功的产品，最困难的地方就是需要投入巨大的精力来平衡成本，性能，和可靠性。要满足这三个要求而不作其他牺牲，需要对产品细节投入大量的精力，还需要研发团队，订单管理团队和关键供应商之间进行大量的创新、协同工作和相互支持。我很高兴我们一直干的还不错。

EEN：作为34401A的项目成员，是否有一点点让你觉得遗憾的地方呢？

WW：不，完全没有，它是完美的。（傲娇脸...）

EEN：我们看到多斜积分技术（Multi-slope ADC）在 34461A 上已经发展到第四代，这一代技术有哪些改进。新的 ADC 系统仍然使用多块芯片组合完成，未来是否有可能制作单一芯片实现这一功能。

WW：我们在万用表中持续不断的改进 A/D 算法和技术。最早期的多斜积分技术后来逐渐演化为第二代（ 3458A 和 34401A ）和第三代（ 34410/11A ）。在新产品中为了平衡分辨率和速度，ADC 的设计中使用了 delta-sigma 算法，同时也使测试结果得到了更好的线性度。精密 ADC 设计需要使用到很多器件（包括参考电平和高稳定性器件，匹配电阻网络，高阻抗和与之相匹配的低泄漏开关器件，A/D 控制电路等）。高层的芯片整合虽然一直在不断发生，但是我们发现单一的芯片设计还是无法满足我们需要的所有精度要求。因此，目前的设计仍然基于多个芯片和器件。我相信技术会不断发展，也许没多久，一块独立的芯片就能实现我们所有的性能要求（那时候价格就会更便宜啦）。

34461A 的第四代多斜积分 ADC 电路部分，仍然使用了多块芯片组合实现

EEN：我们注意到近年来，许多电子测试测量公司开始更多的谈论应用和方案。对于通用电子仪器比如万用表，应该如何适应这一潮流？

WW：确实是这样，对于我们的许多产品，市场都会要求我们去适应更多的特殊应用，数字万用表也是这样。对此我们也选择了多种应对方法。 首先，就是可以通过升级 firmware 加入更多功能，这是非常容易的方式。另外许多产品可以通过安装 license，打开某一项特殊的应用功能（有点像手机里的 Apps）。最后，我们还一直致力于开发更多的软件配合仪器使用，以满足更多独特的应用要求。

EEN：相对于过去的产品，这次 3446X 系列万用表有哪些关键的技术创新？

WW：新的数字万用表采用改良的 ADC 设计，使我们能够在较低的成本和较小的体积中，实现七位半的精度和分辨率。新一代的 ADC 设计也使我们能够实现更快的读数速度。另外，我们还将自动校准功能（Auto Calibration，ACAL）添加到我们的设备中（34465A 与 34470A），以便在温度环境影响下，仍能保持较高的测量精度。

我们在更早的评测中提到过，34461A，34465A，和 34470A 除了极少数核心器件不同外，主电路的设计几乎完全相同，有效果的降低了研发和生产成本

除此之外，得益于过去 25 年里数字技术的发展，我们能更好地利用那些过剩的运算能力，做到在 34401A 上无法实现的事情。我们将过去很多通过模拟电路实现的功能移植到数字电路上（比如有效值的计算），得到了更高的可靠性和稳定性，价格还便宜了不少。比如 FPGA 使用，它承担了很多过去需要专用芯片来完成的事情。

LATTICE 的 FPGA 芯片完成了多斜积分中大量的运算工作

EEN：3446X 系列万用表在操作界面上发生了很大变化，大家的反应如何？新的 UI 能给用户带来哪些好处？

WW：大家对新的操作界面反馈非常好，感觉直观而且能很快上手，基本上不用翻说明书。导航菜单可以很容易找到各种功能（34401A面板按键很少，所以需要复杂的组合按键深入层层菜单，才能找到需要的功能）。测量结果可以在更大的彩屏上显示，我们现在不光能提供读数，还可以图形化显示统计结果。在 UI 设计中，我们希望不仅提供准确的读数，还能用更直观的方式展示结果，提升他们对测量结果的洞察力。你现在可以看到趋势图，直方图，统计信息等数据，而不仅是显示读数，可以更全面地分析数据，从而更好地了解测量结果。

在彩色大屏幕上以直方图的形式显示测试结果，了解分布特性

EEN：我们这次在 3446x 系列上看到了巨大的彩色屏幕和新的操作界面，在未来，你们是否还打算把更多消费类电子产品技术，比如触摸屏或者无线连接运用在台式仪器上？

WW：我们将继续研究新的技术，只要它们可靠，价格合理，安全，并且对客户的使用有价值，我们就会考虑将它们添加到我们的产品设计中。最近的一个例子是，我们在仪器背面的 USB 通信接口上实现了 MTP 协议，这样你就可以像使用 U 盘一样，把仪器中的数据文件直接拖拽到 PC 上，完全不用编写程序。

MTP 功能可以通过 USB 直接读取万用表内存中的测试结果

EEN：34401A 的可靠性是它成功的一个重要因素，对于新的数字万用表，你们都对它进行了那些折磨？

WW：真的很难列举出开发过程中我们的产品所遭受到的认证测试和“滥用”测试，我只能比较宽泛的说一下。它包括了温度/湿度极限测试，温度循环测试，机械滥用测试，输入信号滥用测试，ESD测试，输入瞬变和斩波测试等。这些都是必要的安规测试。比如我们建议的工作环境温度在 0~55°C 之间，但实际测试时用到的环境温度要远超过这个范围。

另外你还必须需要考虑到一些误操作的可能，比如一个前一天晚上没睡好的工程师，意外的把 1000V 大电压直接加载在电阻测试功能上，虽然这是个挺危险的操作，但是我们得保证它不会损害仪表。

在电阻测试时加载了 1000V 大电压，并不会毁掉 34461A，但是也不鼓励你这么做...

另外，我们还拥有前代产品积累的经验，这是个丰富的宝库，让我们参考和学习，这些信息对我们的最终的设计决策有巨大的贡献，可以确保我们为客户提供可靠的设计。

EEN：最后，你们团队的下一个产品是什么？是否会有34480A（传说中的八位半万用表），或者是新的 34970A?

WW：关注我们吧，我觉得你肯定会喜欢的

╮( ￣ ▽ ￣' )╭

采访到此结束

接下来我们来一起看看 34461A 的拆解情况

看看它到底靠不靠谱

上图是 34461A 的完全拆解图片，过程还挺酸爽的。印象最深的是整个产品中使用的螺丝非常少（一共只有 6 颗螺丝，其中有三颗还是用来固定风扇和 GPIB 接口的），电路与外壳之间的连接固定主要是依靠各种卡扣相互锁死，所以在拆机的时候非常烧脑。喜欢玩乐高玩具的朋友可以用 34461A 挑战一下自己。这样的设计对后期的安装维修非常方便，另外也能降低螺丝滚入机器内部造成短路的几率。

看过我们之前介绍 34401A 文章的读者会发现，34461A 保持了与 34401A 一样的设计风格，硬件的布局甚至更简洁。

34401A 的顶视图

34461A 的顶视图

我们在拆解过程中，首先卡壳的地方就是怎么把主板与前面板分开，我们在这里足足憋了一个小时。最后发现在红色表笔接头上面有一个 T 字形的黑卡扣（下图），它是前后面板与主板进行连接固定的唯一固定件。只要用力把它撬出来，就可以轻松的取下前后面板。而如果不取下这个卡子，前面板与主板就牢固的锁死在一起。

主板和前后面板的连接没有螺丝，而是使用了一个卡子将两者锁死在一起

终于被剥离开的主板和前面板，中间就是那个卡扣

另外值得注意的是，34461A 主板与前面板之间是通过上图黄圈里面的接插件连接的，而在 34401A 上，还另外使用了一条灰色的数据线。34461A 的装配显然更加方便，直接怼上就行了。

另外一次被卡住，是因为想看看 34461A 的屏幕控制电路，但发现被挡在两层塑料结构之间取不出来，周围也没有任何螺丝。后来发现内衬的一层塑料件可以平行滑动然后抬起抽出。

将上面的一层塑料模具向左滑动后就可以整个掀起来

拆下来之后有一种大仇得报的快感！

而对比下图中 34401A 的前面板，看起来觉得略显单薄。另外取下前面板的时候还需要摘下两颗螺丝。

34401A 的前面板

●我们再来看一下好不容易取下来的 34461A 主电路板！

与 34401A 相似，34461A 的整个多斜积分电路被完整的包裹在金属屏蔽罩下

金属屏蔽罩下方有一行警告：别把屏蔽罩摘下来，否则要重新校准！

我们当然是不会被吓住的，取下屏蔽罩可以看到完整的多斜积分电路，右下角白色的圆形器件是 LM399 参考电平，34461A 与其他更高精度型号之间的主要区别也就在这个器件。

取下屏蔽罩后看到的多斜积分电路

尽管六位半万用表已经很常见，但它的 ADC 真的非常灵敏，尤其是在环境温度发生变化时，会对测量产生明显影响。这也就是为什么要在屏蔽罩下面写上警告的话。这里我们做了一个小实验，在拆掉屏蔽罩的情况下测量短路电压。测量过程中，我们用了 USB 风扇对准侧面开始吹风。

●将正负端短接，用万用表测量短路电压值

可以看到最开始的短路测量的结果是 5.1uV ，经过一段时间的风扇狂吹，测试结果翻了一倍，达到10uV。其实就连人手从电路上方划过都会对读数产生影响，这种灵敏度真的很神奇，所以轻易还是不要取下屏蔽罩。

最后一张是负伤图，手被螺丝刀戳破了，

算是虐待 34461A 后得到的报复

过完瘾，还得把 34461A 重新装回去，自检通过后大家长出一口气，运气还不错啦。因为 34401A 过去的成功，相信 34461A 团队也肩负了巨大的压力。不过看到新万用表从工艺到设计都保持了一贯的水准，我们也就放心了。图形化 UI 也很不错，既有新技术的运用，同时也保持了相对的克制，照顾了老工程师的感受。即使对最挑剔的老司机来说，上手也非常容易，几乎不用翻操作手册。这对工作繁重的工程师来讲，算是非常贴心了。这套 UI 到底有多成功呢？从下面这张图可以看出来：

所以这套 UI 也迅速被国内厂商借鉴

这个这个...撞脸撞得有点尴尬...