示波器和記錄儀二合一，能夠碰出哪種“火花”？

近年來(lái)，電子行業(yè)的發(fā)展速度驚人，日新月異的技術(shù)測(cè)量領(lǐng)域也迎來(lái)了新的挑戰(zhàn)。測(cè)量領(lǐng)域?qū)τ诟咚?、高精度、更長(zhǎng)時(shí)間記錄結(jié)果有了越來(lái)越高的要求。

除此之外，軟硬結(jié)合是近幾年發(fā)展的關(guān)鍵詞，強(qiáng)大的硬件功能離不開(kāi)一體化的軟件平臺(tái)?？梢哉f(shuō)，示波記錄儀是硬件的“聽(tīng)診器”，而軟件則是人機(jī)交互的一扇“窗戶”。

在這樣的背景之下，Yokogawa（橫河計(jì)測(cè)株式會(huì)社，下文簡(jiǎn)稱“橫河”）在2021年3月24日正式發(fā)布了高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DL950示波記錄儀和IS8000集成測(cè)量軟件平臺(tái)。

創(chuàng)新基因植根橫河

所謂示波記錄儀就是數(shù)據(jù)記錄儀和示波器的結(jié)合，前者以長(zhǎng)期、高精度、多通道和多信號(hào)種類為特點(diǎn)，后者則以高速采樣和豐富的觸發(fā)為特長(zhǎng)。橫河所開(kāi)發(fā)的示波記錄儀則結(jié)合了二者最有價(jià)值的專長(zhǎng)，以創(chuàng)新型產(chǎn)品稱霸這方面市場(chǎng)。

根據(jù)介紹，橫河早在1984年就開(kāi)始嘗試結(jié)合示波器和記錄儀的優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)發(fā)全新的高速記錄設(shè)備。為了追尋更好的機(jī)械設(shè)備動(dòng)態(tài)記錄，橫河不斷提高采樣速度、頻率、帶寬、分辨率、通道密度、物理測(cè)量面積、存儲(chǔ)深度，以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的測(cè)量，發(fā)布了一個(gè)又一個(gè)顛覆市場(chǎng)的創(chuàng)新型產(chǎn)品。

1969年，型號(hào)為2915的電磁示波儀是橫河的多通道經(jīng)典產(chǎn)品；1984年，橫河推出型號(hào)為3655的分析記錄儀，這是橫河首款記錄儀產(chǎn)品，并且是一款內(nèi)存記錄的記錄儀。彼時(shí)兩款產(chǎn)品分別作為示波器和記錄儀經(jīng)典產(chǎn)品還沒(méi)有合并到一起，但“創(chuàng)新基因”已深深植根在橫河之中。

2002年，DL750示波記錄儀正式面世，兼具示波器和記錄儀優(yōu)點(diǎn)的一體化產(chǎn)品成功被應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)，同時(shí)也標(biāo)志著模塊化結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的開(kāi)端；2010年，DL850和DL850V示波記錄儀發(fā)布，這是橫河的第三代記錄儀產(chǎn)品，主打?qū)崟r(shí)分析并成為了十年經(jīng)久不衰的產(chǎn)品；2013年，DL850E和DL850EV示波記錄儀發(fā)布，升級(jí)了串行總線監(jiān)測(cè)功能。

時(shí)間回歸2021年，第四代的記錄儀DL950示波記錄儀正式發(fā)布，這款產(chǎn)品凝聚了橫河五十多年在高速數(shù)采儀器領(lǐng)域的沉淀，以PC數(shù)據(jù)流為首要?jiǎng)?chuàng)新的一代跨時(shí)代產(chǎn)品。

硬核參數(shù)功能構(gòu)筑新產(chǎn)品

DL950示波記錄儀即為2010年所發(fā)布的DL850和DL850V示波記錄儀系列的升級(jí)產(chǎn)品，這款產(chǎn)品將采樣率升級(jí)到了200MS/s并可通過(guò)10Gbps以太網(wǎng)高速數(shù)據(jù)傳輸至PC，全新搭載12.1英寸大尺寸觸摸屏，操控上既可以使用觸控也可使用機(jī)械按鍵。

一并被發(fā)布的還有兩個(gè)全新的輸入模塊，分別是720212和720256，前者能夠以200MS/s的采樣速度讀取數(shù)據(jù)，后者能夠以10MS/s的采樣速度從四個(gè)輸入通道讀取數(shù)據(jù)。

存儲(chǔ)上，支持8G點(diǎn)大內(nèi)存和20秒連續(xù)捕獲，即使是以200MS/s的速度，也不會(huì)錯(cuò)過(guò)任何信號(hào)變化；也支持512GB內(nèi)部SSD記錄，可以高達(dá)2MS/s的速度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間記錄，還可以記錄雙捕獲波形，對(duì)于車內(nèi)耐久性測(cè)試和罕見(jiàn)自發(fā)事件的捕獲非常有效。

模塊上，支持隔離插拔模塊、多單元同步，每臺(tái)DL950擁有8個(gè)插槽。與此同時(shí)，DL950可同時(shí)連接5臺(tái)進(jìn)行同步測(cè)量，假設(shè)每臺(tái)DL950均插滿720256模塊（4輸入通道），則可最多擁有高達(dá)160CH的多單元同步進(jìn)行（4CH x 8插槽 x 5臺(tái)）。從而可同時(shí)使用5臺(tái)160CH測(cè)量重量、壓力、位移、振動(dòng)、扭矩和其他參數(shù)，以便分析數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性。不過(guò)，目前來(lái)說(shuō)，DL950僅支持同型號(hào)的同步測(cè)量。

功能上，擁有車內(nèi)串行總線分析（CAN、CAN FD、LIN、SENT），可顯示電壓、溫度等各類參數(shù)的數(shù)據(jù)信息波形。除此之外，還搭載實(shí)時(shí)數(shù)學(xué)運(yùn)算、觸發(fā)時(shí)動(dòng)作和GO/NO-GO判斷、高抗噪性、歷史異常波形回放功能等。

值得一提的是，“閃存采集”也即將發(fā)售，DL950可在任何不能攜帶PC的場(chǎng)所捕獲數(shù)據(jù)，提供高達(dá)20MS/s的速度長(zhǎng)時(shí)間記錄到內(nèi)部閃存。閃存為非易失性，因此即使在關(guān)閉電源后，捕獲的數(shù)據(jù)也會(huì)保留在儀器中，測(cè)試結(jié)束后可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C上。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)介紹，“閃存采集”是一種全新靈活的方式，高速數(shù)據(jù)流無(wú)需電腦，適用于車載、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量。

集成化的軟件平臺(tái)

強(qiáng)大的硬件離不開(kāi)軟件生態(tài)環(huán)境，許多企業(yè)也從純硬件逐漸“偏軟”，這是因?yàn)閿?shù)據(jù)自身的“魔力”遠(yuǎn)超想象。DL950則也是在這一世代，迎來(lái)重大的功能升級(jí)，即IS8000軟件平臺(tái)。

發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，橫河在介紹IS8000軟件平臺(tái)時(shí)坦言，實(shí)際上工程師在開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要花費(fèi)大量時(shí)間進(jìn)行測(cè)量、存儲(chǔ)、分析，這是因?yàn)殚_(kāi)發(fā)流程中不僅存在大量不同UI的不同軟件，還需要利用不同軟件、不同數(shù)據(jù)格式去控制不同儀器。

基于此，開(kāi)發(fā)了IS8000這一軟件平臺(tái)，這是一套能加速工程流程的集成解決方案。IS8000整合了客戶的測(cè)量流程，整合了時(shí)間序列各種物理數(shù)據(jù)，整合了各類測(cè)量數(shù)據(jù)。值得一提的是，IS8000并不是一款專用軟件，而是通過(guò)平臺(tái)上添加可選軟件來(lái)滿足客戶各種需求的平臺(tái)。

結(jié)合本次發(fā)布的DL950和IS8000上的10GbE選件，最多可以以10M點(diǎn)/秒的采樣率在PC上實(shí)時(shí)存儲(chǔ)多達(dá)8個(gè)通道的數(shù)據(jù)。對(duì)于高速、多通道輸入(如門信號(hào)和多相變頻器的開(kāi)關(guān)波形)，現(xiàn)在可以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的記錄時(shí)間。

IS8000支持DL950示波分析儀和WT5000高精度功率分析儀的在線數(shù)據(jù)采集，旗下產(chǎn)品的遠(yuǎn)程控制和設(shè)置、采集數(shù)據(jù)下載、數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入，以及高速攝像頭和RAM監(jiān)視器等統(tǒng)一。

需要注意的是，DL950的高速數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸PC是其主打亮點(diǎn)之一，而通過(guò)IS8000一體化軟件平臺(tái)的支持下，所有相關(guān)數(shù)據(jù)都被以統(tǒng)一格式保存在同一平臺(tái)之下，數(shù)據(jù)的作用能夠被充分釋放。

DL950要解決的技術(shù)課題

市場(chǎng)的需求無(wú)疑是驅(qū)動(dòng)研發(fā)的重要力量。據(jù)橫河介紹，市場(chǎng)對(duì)示波記錄儀的需求升級(jí)主要在測(cè)量能力和生產(chǎn)力兩方面。

1、測(cè)量能力：主要包括帶寬和通道。電子控制技術(shù)不斷進(jìn)步進(jìn)程下，需要更加快速的開(kāi)關(guān)功率器件，也需要更復(fù)雜的電機(jī)與執(zhí)行器控制，諸如近兩年的SiC功率器件和大規(guī)模FPGA的部署。采樣快速變化的波形需要快速采樣，實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)要求必須有更高的帶寬。

另一方面，電氣化目前的進(jìn)展之下需要多點(diǎn)測(cè)量，具體表現(xiàn)在電動(dòng)汽車中的電機(jī)和逆變器的數(shù)量不斷增加，備用系統(tǒng)的后備系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)和綜合評(píng)價(jià)需求明顯。由此引發(fā)測(cè)量多個(gè)信號(hào)的需求，利用更多通道進(jìn)行綜合測(cè)試和評(píng)價(jià)。

2、生產(chǎn)力：高速數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸PC、同步測(cè)量和易用性是增強(qiáng)生產(chǎn)力的必備功能，也是主流廠商逐漸布局的領(lǐng)域。

越來(lái)越完善的軟件系統(tǒng)，推動(dòng)行業(yè)將測(cè)量數(shù)據(jù)保存在電腦上，供進(jìn)一步分析或存儲(chǔ)。由于更高的通道數(shù)、采樣率和分辨率推動(dòng)了數(shù)據(jù)量的增加，強(qiáng)烈要求縮短PC數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。當(dāng)然，為了實(shí)現(xiàn)精確的分析，需要其他工具之間的時(shí)間同步。

不過(guò)，隨著功能越來(lái)越來(lái)豐富，也帶來(lái)設(shè)計(jì)菜單復(fù)雜的缺點(diǎn)，觸摸屏是實(shí)現(xiàn)直觀操作的一種方式，但它的弱點(diǎn)是在電機(jī)、變頻器測(cè)量等惡劣條件下不一定穩(wěn)定。

那么，DL950又是如何從技術(shù)方面，解決上述所說(shuō)的挑戰(zhàn)？根據(jù)橫河介紹，主要集中在以下四點(diǎn)：

1、模擬前端性能提升，可更好地觀察信號(hào)：實(shí)際上，信號(hào)質(zhì)量并不單單由A/D轉(zhuǎn)換器的性能決定，將信號(hào)引導(dǎo)到A/D轉(zhuǎn)換器的模擬電路必不可少，但空間非常有限。

DL950優(yōu)秀的模擬技術(shù)是克服這一技術(shù)難題的關(guān)鍵，表現(xiàn)在參數(shù)上則是更高的帶寬和卓越的共模噪聲抑制。2通道40MHz帶寬比以往帶寬提高2倍、4通道3MHz帶寬比以往提高10倍，而新模塊的模擬前端電路設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了最佳的共模噪聲抑制性能。

2、彈性化的同步功能：在同步功能上，橫河分別可在用于同步的數(shù)字PLL和IEEE 1588精準(zhǔn)時(shí)間協(xié)議實(shí)現(xiàn)±（30ns+1 sample）和±150ns的精度。

時(shí)鐘同步是實(shí)現(xiàn)多單元同步測(cè)量的關(guān)鍵，橫河的數(shù)字技術(shù)則可實(shí)現(xiàn)5個(gè)單元之間的PLL功能，除此之外，光纖的連接方式，實(shí)現(xiàn)了使用方便和良好的抗噪聲性能。

“IEEE精確時(shí)間協(xié)議” 則主要用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，橫河將此技術(shù)運(yùn)用到測(cè)量?jī)x器之中，通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了不同工具之間的精確同步操作。

3、提高生產(chǎn)率的性能（數(shù)據(jù)優(yōu)化和快速數(shù)據(jù)流）：據(jù)介紹，通道之間的傳輸速度不同，模擬電壓和邏輯電壓屬于快信號(hào)，電流、應(yīng)變、加速度為中信號(hào)，溫度則為慢信號(hào)。因此，DL950則實(shí)現(xiàn)了每個(gè)輸入通道的單獨(dú)采樣率設(shè)計(jì)，即使在同時(shí)測(cè)量高速信號(hào)和許多慢信號(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)大小也可以優(yōu)化。

另一方面，為了避免CPU瓶頸，DL950中實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)流的特殊路徑，通過(guò)10G以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“高速公路”，初步計(jì)劃數(shù)據(jù)流速度被限制在160MB/s，但它還有更高的潛力。

4、可用性強(qiáng)，穩(wěn)定可靠：交互操作是示波分析儀的重要性能之一，DL950則采用了“觸屏操作”與“常規(guī)機(jī)械按鍵操作”的組合。據(jù)介紹，由于觸屏操作在很多情況下會(huì)變得不穩(wěn)定，用按鍵/旋鈕操作比觸屏更直觀和精確。因此，經(jīng)過(guò)橫河的慎重考慮，決定即使在觸摸屏關(guān)閉的情況下，按鍵和旋鈕也能保持穩(wěn)定運(yùn)行。

散熱性能則是示波分析儀穩(wěn)定工作的重要基礎(chǔ)之一，但恰好相反的是提高性能依賴于高級(jí)的處理器，但它們的高能耗會(huì)產(chǎn)生大量熱量。DL950的冷卻系統(tǒng)為穩(wěn)定可靠的測(cè)量性能提供了理想的環(huán)境，通過(guò)精確的模擬和樣機(jī)的實(shí)際測(cè)試，控制了各種情況下的氣流。

總結(jié)

“無(wú)需模仿，更不跟風(fēng)”是橫河在新品發(fā)布的邀請(qǐng)函上所注，實(shí)際上，原創(chuàng)設(shè)計(jì)出示波記錄儀的這家公司正是以創(chuàng)新產(chǎn)品獨(dú)立于市場(chǎng)。

通過(guò)在硬件上的硬核升級(jí)和一體化軟件平臺(tái)的支持下，使得汽車和工業(yè)領(lǐng)域、電力/能源行業(yè)、產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域能夠快速評(píng)估所有電器和機(jī)械測(cè)試。而豐富的插拔模塊、探頭和附件，則可為測(cè)試帶來(lái)更多的選擇。