本文摒棄了大部分指標(biāo)，從易用性角度介紹了Rohde & Schwarz RTO1024型示波器為什么能夠幫助使用者減少硬件開發(fā)調(diào)試時的時間，以期收獲符合冰山理論的收益。

示波器除了作為參數(shù)和指標(biāo)的測量手段之外，更是平時進(jìn)行開發(fā)調(diào)試的重要工具，所以按筆者的理解，對于用于Debug的測試平臺，示波器的易用性有著與示波器性能同等甚至更加重要的地位。在這一點上優(yōu)秀的示波器，對開發(fā)環(huán)節(jié)所能提供的價值很可能符合冰山理論——水面下那90%的看不清道不明的問題，能夠靠一臺優(yōu)秀的示波器來發(fā)現(xiàn)。所以，今天筆者就把易用性放在第一位，討論一下這款示波器在開發(fā)調(diào)試過程中，如何快速有效的使用示波器調(diào)試。

1、軟件

1.1、基于觸摸屏的交互邏輯

首先是軟件的易用性帶來的影響。人機(jī)交互方面，軟件界面在交互性上是做的很好的主要體現(xiàn)在界面中各種信息的展現(xiàn)方式和交互邏輯，快捷鍵的設(shè)置位置，符合使用習(xí)慣。

如下圖所示：

可以看到，窗口擺放的自由度很高，不只有簡單的4×1或者2×2這種表格形式堆疊，而是允許更多不同尺寸的窗口混拼，充分區(qū)分主要和次要的觀察對象。

至于右側(cè)的幾個方塊組成的豎向列表，除了用于顯示測量結(jié)果外，還可以放置實時刷新的波形， 這意味著，對于不需要一直保留，但又有可能多次喚出的觀察窗口，用戶可以將其放在右側(cè)的小方塊列表里最小化顯示，保留一個實時刷新的觀察窗，同時又幾乎不占用屏幕空間;當(dāng)需要仔細(xì)觀察時，將該方塊直接拖動到屏幕上就可以觀察細(xì)節(jié)了。至于測量的結(jié)果(比如幅度的自動測量)，同樣可以以一個小方塊的形式放置在右側(cè)，再也不會出現(xiàn)測試項和測試值遮擋測試波形的情況。大大提高了有效界面的利用。

當(dāng)然，很多信號分析軟件都有類似的功能和界面，但R&S軟件界面的易用不僅僅體現(xiàn)在這個顯示界面，還體現(xiàn)在觸發(fā)這些界面的操作邏輯上。相比早期的觸摸屏示波器那塊只作為鼠標(biāo)替代品的觸摸屏，RTO的觸摸屏使用起來更像一塊大平板，下面以界面分屏框圖說明：

上圖是將右側(cè)小窗口拖往屏幕顯示時，屏幕位置分布框圖?？梢钥吹酵蟿訒r，屏幕被分割成了四個梯形和一個小方塊。事實上，將小窗口拖動到這五個圖形的區(qū)域內(nèi)，會觸發(fā)不同的效果，拖動到這五個區(qū)域的邊界線上，也會觸發(fā)不同的效果。

比如說：

拖動到左側(cè)和右側(cè)梯形：將小窗口并列放置在當(dāng)前窗口的左側(cè)或右側(cè)

拖動到上側(cè)和下側(cè)梯形：將小窗口并排放置在當(dāng)前窗口的上側(cè)或下側(cè)

拖動到上側(cè)邊界：將兩個窗口以標(biāo)簽頁切換形式共用當(dāng)前窗口

拖動到中央的方塊內(nèi)：和當(dāng)前波形共用同一個窗口

拖動到右邊欄：縮成小圖并根據(jù)放置在列表中拖動停止的位置

拖動到底邊：將當(dāng)前小窗口內(nèi)的波形數(shù)據(jù)作為x軸坐標(biāo)，大窗口數(shù)據(jù)作為y軸坐標(biāo)，繪制x-y圖(Lissajous曲線等)

此外，當(dāng)屏幕上已經(jīng)有多個區(qū)域時，每個區(qū)域都會分別分成的四個梯形和一個方形，結(jié)合預(yù)覽功能可以很方便準(zhǔn)確的完成多個波形的多層次擺放。實現(xiàn)屏幕上分屏顯示效果再也不需要復(fù)雜的菜單設(shè)置，靠簡單拖動的手法可能只要幾秒鐘。而且用戶能夠一眼掌握的內(nèi)容也比常見的界面豐富的多。

1.2、豐富的測量功能

上面談完了這款示波器的交互邏輯，下面來介紹快速的設(shè)置和測試測量分析。

首先是簡潔明了的信號處理流程結(jié)構(gòu)框圖

我個人十分喜歡這個界面，與很多產(chǎn)品傳統(tǒng)的參數(shù)表格模式不同，這個框圖的布局跟示波器正常工作過程的流程是一致的，并且將參數(shù)設(shè)置環(huán)繞在對應(yīng)單元的旁邊，這對于基本功不扎實的新手十分有幫助，能減小選錯配置的可能性。我相信大家常常會碰見不小心選錯了輸入阻抗(50 ohms選到了1M ohms，甚至選到了GND)導(dǎo)致測量信號不正確，或者是沒有搞清楚Offset和Position的區(qū)別，導(dǎo)致ADC被飽和。那么這種完整給出原理圖的界面就會減小犯這些錯誤的概率。這個界面還有個妙處，就是將標(biāo)簽頁與標(biāo)簽頁之間的聯(lián)系也表現(xiàn)出來了，注意看上圖中偏右側(cè)的部分，可以看到一個Acquisition按鈕，點擊它和點擊頂上的Acqisition標(biāo)簽頁一樣都能轉(zhuǎn)向Acquisition界面。這樣，各個子系統(tǒng)之間的關(guān)系也表現(xiàn)出來了。

接下來我們就來看看的Acquisition界面。

這個界面所展現(xiàn)出來的一個很重要的優(yōu)勢在于，這臺示波器對每個通道可以同時顯示當(dāng)前通道在三種測量模式(普通模式，峰值檢測，高分辨率)下的波形，同時每個波形還允許套用一個自選的波形算法(比如對于峰值檢測模式，就可以套用一下包絡(luò)檢測或者幅度解調(diào)，直接將每個時間點下的峰值包絡(luò)抽取出來)。再強(qiáng)調(diào)一下，以上計算和顯示都是同時的，是對同一信號采取不同波形算法計算顯示的波形，便于更好的理解區(qū)分不同波形算法的含義。結(jié)合前面高自由度的波形顯示界面，這些結(jié)果都能夠同時顯示在屏幕上，主次分明，一覽無余。使用者再也沒有必要到處尋找復(fù)雜的菜單在各種抽取算法或者波形算法中設(shè)置相應(yīng)算法。

2、硬件

好的軟件界面需要靠好的硬件支撐，比如上面同時顯示一個通道的三種采樣模式外加三種波形算法的示例，如果沒有強(qiáng)大的算法硬件加速能力，而是交給CPU軟件計算實現(xiàn)的話，處理速度非常慢，基本是無法實現(xiàn)的。

當(dāng)然，硬件的強(qiáng)大更多體現(xiàn)在一些指標(biāo)性的東西上，比如噪聲幅度等。然而，就像筆者前面說的，本文的主旨是從易用性角度分析這臺示波器，所以與易用性無關(guān)的硬件改良我就先不涉及了。

2.1、全帶寬下輸入靈敏度仍然可以達(dá)到1 mV/div

有人可能會覺得，一上來就提了個似乎和易用性關(guān)系不大的硬件參數(shù)。然而，正是這個指標(biāo)的提升，使得很多小信號的測量變得十分簡單。

以前，將示波器調(diào)整到較高的靈敏度時，往往會暴露幾個通病：有的是純數(shù)字放大，不提升信噪比;有的會自動限制帶寬，高頻信號一下子就消失了;有的則顯現(xiàn)出了糟糕的基線漂移。

輸入靈敏度能提高，就需要有高增益的模擬信號放大器，而放大器增益變高，其帶寬就很容易受限制;除此之外小信號測量時的噪聲水平也是個關(guān)鍵。這些限制正是產(chǎn)生上面這些通病的原因。而羅德施瓦茨的這臺RTO則真正把這些限制都突破了，實現(xiàn)了全帶寬下1 mV/div的輸入靈敏度。所以現(xiàn)在，測量小信號時，幾乎不需要考慮任何的優(yōu)化，直接將輸入靈敏度調(diào)到最高即可。筆者認(rèn)為這正是對易用性的極大提升。

2.2、基于數(shù)字下變頻的快速傅立葉變換

各位可能有過這樣的經(jīng)歷：打開示波器的頻譜分析功能，為了提高頻譜的分辨率(Resolution Bandwidth, RBW)而在不減小采樣率的情況下盡可能延長采樣時間，直至內(nèi)存占滿，然后開始漫長的等待，過了十幾秒鐘終于看到頻譜刷新了一幀。頻譜分析處理速度之慢，不能實現(xiàn)快速測試分析。

通過基于硬件加速的數(shù)字下變頻功能，RTO將內(nèi)部頻譜分析采用DDC和overlap FFT先進(jìn)技術(shù)，快速準(zhǔn)確分析信號細(xì)節(jié)。數(shù)字下變頻的加入以及相應(yīng)的性能提升確實讓該示波器的頻譜分析功能變得十分實用。更值得一提的是，由于這一切都是基于實時的信號采集，信號的瞬態(tài)時域信息都被采集下來了，所以這并非一臺示波器和一臺頻譜儀的簡單結(jié)合，而是一臺能夠在時域和頻域進(jìn)行協(xié)同混合分析的設(shè)備，與泰克的混合信號示波器側(cè)重點不同，但卻有著異曲同工之妙。

下圖是一張頻譜分析功能的演示，采樣率是10 GSa/s，對應(yīng)的Nyquist頻率范圍就是DC - 5 GHz (不過，當(dāng)前這臺示波器的標(biāo)稱帶寬是2 GHz，RTO系列最大能到4 GHz)，設(shè)定的RBW最小可以達(dá)到300 KHz(這個數(shù)值是很多真正的頻譜儀的默認(rèn)值，在當(dāng)前這個頻率范圍下已經(jīng)相當(dāng)實用)。上述這些設(shè)置，在傳統(tǒng)的示波器上，，刷新速率是相當(dāng)慢。但是在RTO上，卻能夠做到準(zhǔn)實時刷新，配合小信號模式下較低的Noise Floor (RBW = 300 KHz時，Noise Floor在-95 dBm左右)，甚至可以在一定程度上代替實時頻譜儀。

2.3、10 GSa/s的單核ADC帶來的純凈頻譜

大家都知道，高速ADC的一種常見結(jié)構(gòu)是將多個模擬帶寬較高，但是采樣率較低的Time interleaved ADC 連接在一起，彼此錯開一點時間進(jìn)行采樣，實現(xiàn)較高的采樣率(比如250 MSa/s的ADC，320個放在一起，每個錯開12.5 ps采集，就實現(xiàn)了一個80 GSa/s的采樣頭)。這種做法有一個很明顯的缺點：由于這些ADC本身的不一致性，采樣結(jié)果本身在交界處容易出現(xiàn)偏差，而這一偏差會以250 MHz ×N 為周期重復(fù)，在頻譜上就表現(xiàn)為，從直流開始，每隔250 MHz，就會有一個諧波出現(xiàn)，直到40 GHz的Nyquist頻率。于是在小信號測量時，頻譜變得就像是梳狀譜，信號很容易被同頻的干擾掩蓋。事實上，這給調(diào)試工作帶來了極大麻煩，很多時候為了區(qū)分一個頻率點是來源于干擾還是示波器本身，就比較難以分辨。

為了避免這一問題，羅德施瓦茨使用了單個采樣率達(dá)到10 GSa/s的單核ADC來采集信號。底噪做的更低，雜散波分量較小。

如下圖為測試單音10M的信號，示波器開在1 mV/div檔上，頻譜分析功能的參數(shù)和上面一樣。

除此之外，還有其他的一些硬件功能上的改良，比如百萬波形捕獲率的實現(xiàn)，或者是數(shù)字觸發(fā)系統(tǒng)的引入，觸發(fā)抖動最小可以到50ps。這些功能有的并非獨有，有的官方已經(jīng)重點宣傳，在這里就不予展開了。

3、結(jié)語

本文分別從軟件和硬件方面分別作了分析，介紹RTO示波器在使用操作上的便捷性?？傮w來說，羅德施瓦茨的RTO系列示波器延續(xù)了德國人一貫的扎實作風(fēng)，并從軟件和硬件兩方面顯著提升了示波器作為調(diào)試設(shè)備時的易用性，不失為讓人激動的佳作。