最火FPGA为测试测量仪器带来独特性能汽车脚垫液压扳手家具脚轮差速器称重系统Frc

FPGA为测试测量仪器带来独特性能

电子行业的设计工程师，在很多应用领域包括通信、国防、医疗和教育等等，都在使用FPGA。在调试FPGA电路的时候，他们可能不知道，安捷伦的测量仪器本身也使用了FPGA技术，并且和FPGA供应商在研发领域深入合作，甚至分享一些IP(知识产权)，双方从测量和调试的角度积累了大量的经验。实际的设计往往会综合使用FPGA和ASIC（专用芯片）来达到最佳效果，安捷伦在其示波器、逻辑分析仪、脉冲源、误码仪等产品中，正是采用这样的综合设计。

世上没有完美的仪器，其设计总是在某一方面优化、在某些方面作出妥协。以基于Windows平台的示波器为例，哪些功能通过软件实现、哪些功能通过硬件实现，硬件部分是采用专用芯片还是FPGA，这些都是开发者需要考虑的问题。本文给出两个例子，一是中端示波器技术创新集大成产品MSO但在此时期9000A的设计，另一是MIPID-PHY协议分析设计。

MSO9000A是三合一仪器，集示波器、逻辑分析、协议分析于一体，其研发团队在设计前经多个回合讨论，最终达成共识。其中重要的两点是：1.示波器功能是基本核心，逻辑分析仪和协议分析仪是选件，每当有新的协议技术出现，该仪人们使用了图象、计算机摹拟、力学数据等多种分析方法器必须可以升级以支持新的标准；2.协议触发必须实现实时性，保证不漏失信号。

要实现协议触发的实时性，是决不可以用Windows甚至Linux软件来石材拼花实现的，同时又要求产品支持不同的协议种类。因此，MSO9000A设计者在示波器的前端输入电路和触发电路之间加入了一个FPGA芯片，对串行总线提供实时时钟恢复，并检测串行数据包结构，将串行数据包二手设备内容馈送到示波器的触发电路，从而使得示波器可基于串行总线协议实现硬件触发，将来新的协议出现时，也可以通过升级来支持。用户设置特定的协议触发条件，MSO9000示波器通过硬件来确定何时进行触发，并执行重复测量或单次测量。

图中给出了该设计的照片，该产品采用20层电路板结构，用了27个专用芯片，3个FPGA，集成到一个采集板中，然后垂直放置(注意不是水平放置)于15英寸显示屏后面，最终的MSO9000A产品很薄，集外观美观、灵活、多功能特点于一体。

图2给出MIPI-DPHY协议分析的N4851A硬件电路照片，该电路的作用是数据中转和转换中心，图中的FPGA是核心部分，N4851A中的FPGA负责捕获和处理MIPID-PHY串行数据，然后再转换成多路低速并行数据传送给逻辑分析仪。该FPGA能捕获和处理的数据速率高达800Mbps，而N4测试其耐摔性也是相当重要的861A中的FPGA则负责将来自逻辑分析仪的并行数据转换4、要引导企业加大科技创新力度成高速串行MIPID-PHYCSI/DSI信号。

FPGA在测量仪器，尤其是高性能仪器中的应用，越来越受到重视。要想让测量仪器具有独特之处，模拟电路部分固然重要，但在有些方面FPGA的应用可能会成为决定产品是否能为用户接受的关键。安捷伦已经在一些方面做出示范，由此可以看出FPGA在行业的应用趋势在如下几个方面。1.复杂触发电路的实现：如串行信号协议触发、频域触发等，先锋产品报刊架如MSO9000A的协议触发；2.深存储数据的处理：仪器的存储深度越来越深是必然趋势，用FPGA处理可兼顾实时性和可程控性，先锋产品如DSA90000A的深存储专用加速处理芯片；3.复杂运算的处理：均衡和去嵌入等技固定轮术在5Gbps及更快的信号测试是必然要考虑的数字处理技术。因其运算量大，必然影响仪器响应速度，适合用FPGA来处理，先锋产品如DSA90000A的N5465A和N5461A。

和其他器件一样，能否用好FPGA，往往取决于使用者对所用的FPGA芯片有多深入的了解。“我虽然对FPGA本身和我自身专业很熟悉，但公司多年和FPGA供应商研发部门合作，分享一些内部IP，极大地提高了我的开发效率。”负责MSO9000A的FPGA部分的开发工程师MikeBeyers说，“我在调试过程中使用的ATC是我们使用FPGA的团队自己开发，经多年和FPGA供应商一起反复优化的，该ATC和整个FPGA调试方案，我们也对其他使用FPGA的公司开放。”