示波器的内部结构以及FPGA在示波器中的作用

背景

示波器是我们在物理试验、电路硬件调试、智能硬件开发等领域都能见到的一种仪器，就像是医生的听诊器，作为硬件研发工程师都要用的溜溜的。那么，里面到底是怎么样的一种构造呢？比较好奇的玩家可能已经想把实验室的示波器给拆开看看了，今天小编来满足一下比较好奇的小伙伴们，我们来一起看一下一款数字荧光示波器的内部构造。

今天拆的是Uni-T Ultra Phosphor UPO2104CS型号的示波器，如图.1所示，我们打开后竟然在示波器了发现了Xilinx Spartan-6 FPGA。是不是瞬间感觉自己也能做一台示波器出来，同时好奇这FPGA在示波器中的作用是什么？接着往下看细节，此示波器中的Spartan-6 LX45 FPGA主要管控了DSO的信号采集内存，内存包含了一个快速的SRAM和SDRAM。

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

好啦，接下来就是激动人心的时刻，我们一起来看一下这款DSO的主板，可以很明显的看到，上面具有Spartan-6 LX45 FPGA芯片，如图.2所示。

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

从拆开的DSO之中，我们发现Spartan-7 FPGA管理着从DSO的1G采样率的ADC到DSO的样本内存的数据传输。经过测试小编发现，这款示波器每秒可以采集到30000波形样本，它的SDRAM信号收集缓存能够采集多达65000的波形。在图.2中我们看到了在Spartan-6顶端到快速SRAM采集内存之间有着很多的长度匹配信号线；以及从FPGA的底部到SDRAM波形采集内存之间的长度匹配信号线。

除此之外数字荧光示波器还有以下的功能：1. 1GS/s实时采样率2. 4个模拟通道3. 模拟通道带宽：100MHz4. 标配每通道28Mpts存储深度5. 50,000wfms/s波形捕获率6. 多级波形灰度等级7. 独立时基可调8. 高达6.5万帧硬件实时波形录制功能9. 强大的波形分析功能10. 丰富的触发及总线解码功能11. 8英寸 TFT LCD，WVGA(800×480)12.丰富的外围接口：USB Host、USB Device、LAN、AUX OUT

这些性能还得多亏了Spartan-6 FPGA所提供的先进的连接性能，例如较高的logic-to-pin ratios和支持多种的I/O协议。同时，在高清视频的智能数字标识、工业级别的互联网、车联网和高分辨率的视频图像的处理等方面也得到了广泛的应用，此款FPGA在加速设计和低功耗设计等方面也有着很好的潜力。

总结

示波器有着很多种的型号，可以肯定的是FPGA在示波器和逻辑分析仪，频谱分析仪中都能扮演一定的角色，是不是有一种学好FPGA走遍天下都不怕的感觉。Xilinx系列的FPGA有着很强的接口扩展性和很好的性能功耗比，使智能硬件设计工程师和智能仪器设计的工程师在低功耗高性能的设计的道路上有了一个很好的帮手。