近年來，電子行業(yè)的發(fā)展速度驚人，日新月異的技術測量領域也迎來了新的挑戰(zhàn)。測量領域對于高速、高精度、更長時間記錄結果有了越來越高的要求。

除此之外，軟硬結合是近幾年發(fā)展的關鍵詞，強大的硬件功能離不開一體化的軟件平臺?？梢哉f，示波記錄儀是硬件的“聽診器”，而軟件則是人機交互的一扇“窗戶”。

在這樣的背景之下，Yokogawa（橫河計測株式會社，下文簡稱“橫河”）在2021年3月24日正式發(fā)布了高精度數據采集系統DL950示波記錄儀和IS8000集成測量軟件平臺。

創(chuàng)新基因植根橫河

所謂示波記錄儀就是數據記錄儀和示波器的結合，前者以長期、高精度、多通道和多信號種類為特點，后者則以高速采樣和豐富的觸發(fā)為特長。橫河所開發(fā)的示波記錄儀則結合了二者最有價值的專長，以創(chuàng)新型產品稱霸這方面市場。

根據介紹，橫河早在1984年就開始嘗試結合示波器和記錄儀的優(yōu)點，開發(fā)全新的高速記錄設備。為了追尋更好的機械設備動態(tài)記錄，橫河不斷提高采樣速度、頻率、帶寬、分辨率、通道密度、物理測量面積、存儲深度，以實現更精準的測量，發(fā)布了一個又一個顛覆市場的創(chuàng)新型產品。

1969年，型號為2915的電磁示波儀是橫河的多通道經典產品；1984年，橫河推出型號為3655的分析記錄儀，這是橫河首款記錄儀產品，并且是一款內存記錄的記錄儀。彼時兩款產品分別作為示波器和記錄儀經典產品還沒有合并到一起，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)點的一體化產品成功被應用在各個行業(yè)，同時也標志著模塊化結構產品的開端；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品，主打實時分析并成為了十年經久不衰的產品；2013年，DL850E和DL850EV示波記錄儀發(fā)布，升級了串行總線監(jiān)測功能。

時間回歸2021年，第四代的記錄儀DL950示波記錄儀正式發(fā)布，這款產品凝聚了橫河五十多年在高速數采儀器領域的沉淀，以PC數據流為首要創(chuàng)新的一代跨時代產品。

硬核參數功能構筑新產品

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產品，這款產品將采樣率升級到了200MS/s并可通過10Gbps以太網高速數據傳輸至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械按鍵。

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

存儲上，支持8G點大內存和20秒連續(xù)捕獲，即使是以200MS/s的速度，也不會錯過任何信號變化；也支持512GB內部SSD記錄，可以高達2MS/s的速度進行長時間記錄，還可以記錄雙捕獲波形，對于車內耐久性測試和罕見自發(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DL950擁有8個插槽。與此同時，DL950可同時連接5臺進行同步測量，假設每臺DL950均插滿720256模塊（4輸入通道），則可最多擁有高達160CH的多單元同步進行（4CH x 8插槽 x 5臺）。從而可同時使用5臺160CH測量重量、壓力、位移、振動、扭矩和其他參數，以便分析數據之間的相關性。不過，目前來說，DL950僅支持同型號的同步測量。

功能上，擁有車內串行總線分析（CAN、CAN FD、LIN、SENT），可顯示電壓、溫度等各類參數的數據信息波形。除此之外，還搭載實時數學運算、觸發(fā)時動作和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的場所捕獲數據，提供高達20MS/s的速度長時間記錄到內部閃存。閃存為非易失性，因此即使在關閉電源后，捕獲的數據也會保留在儀器中，測試結束后可將數據傳輸到PC上。據現場介紹，“閃存采集”是一種全新靈活的方式，高速數據流無需電腦，適用于車載、現場測量。

集成化的軟件平臺

強大的硬件離不開軟件生態(tài)環(huán)境，許多企業(yè)也從純硬件逐漸“偏軟”，這是因為數據自身的“魔力”遠超想象。DL950則也是在這一世代，迎來重大的功能升級，即IS8000軟件平臺。

發(fā)布會現場，橫河在介紹IS8000軟件平臺時坦言，實際上工程師在開發(fā)過程中需要花費大量時間進行測量、存儲、分析，這是因為開發(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、不同數據格式去控制不同儀器。

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

結合本次發(fā)布的DL950和IS8000上的10GbE選件，最多可以以10M點/秒的采樣率在PC上實時存儲多達8個通道的數據。對于高速、多通道輸入(如門信號和多相變頻器的開關波形)，現在可以實現更長的記錄時間。

IS8000支持DL950示波分析儀和WT5000高精度功率分析儀的在線數據采集，旗下產品的遠程控制和設置、采集數據下載、數據文件導入，以及高速攝像頭和RAM監(jiān)視器等統一。

需要注意的是，DL950的高速數據實時傳輸PC是其主打亮點之一，而通過IS8000一體化軟件平臺的支持下，所有相關數據都被以統一格式保存在同一平臺之下，數據的作用能夠被充分釋放。

DL950要解決的技術課題

市場的需求無疑是驅動研發(fā)的重要力量。據橫河介紹，市場對示波記錄儀的需求升級主要在測量能力和生產力兩方面。

1、測量能力：主要包括帶寬和通道。電子控制技術不斷進步進程下，需要更加快速的開關功率器件，也需要更復雜的電機與執(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，實現這項要求必須有更高的帶寬。

另一方面，電氣化目前的進展之下需要多點測量，具體表現在電動汽車中的電機和逆變器的數量不斷增加，備用系統的后備系統的冗余設計和綜合評價需求明顯。由此引發(fā)測量多個信號的需求，利用更多通道進行綜合測試和評價。

2、生產力：高速數據實時傳輸PC、同步測量和易用性是增強生產力的必備功能，也是主流廠商逐漸布局的領域。

越來越完善的軟件系統，推動行業(yè)將測量數據保存在電腦上，供進一步分析或存儲。由于更高的通道數、采樣率和分辨率推動了數據量的增加，強烈要求縮短PC數據傳輸時間。當然，為了實現精確的分析，需要其他工具之間的時間同步。

不過，隨著功能越來越來豐富，也帶來設計菜單復雜的缺點，觸摸屏是實現直觀操作的一種方式，但它的弱點是在電機、變頻器測量等惡劣條件下不一定穩(wěn)定。

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

1、模擬前端性能提升，可更好地觀察信號：實際上，信號質量并不單單由A/D轉換器的性能決定，將信號引導到A/D轉換器的模擬電路必不可少，但空間非常有限。

DL950優(yōu)秀的模擬技術是克服這一技術難題的關鍵，表現在參數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計實現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字PLL和IEEE 1588精準時間協議實現±（30ns+1 sample）和±150ns的精度。

時鐘同步是實現多單元同步測量的關鍵，橫河的數字技術則可實現5個單元之間的PLL功能，除此之外，光纖的連接方式，實現了使用方便和良好的抗噪聲性能。

“IEEE精確時間協議” 則主要用于計算機網絡，橫河將此技術運用到測量儀器之中，通過以太網實現了不同工具之間的精確同步操作。

3、提高生產率的性能（數據優(yōu)化和快速數據流）：據介紹，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，電流、應變、加速度為中信號，溫度則為慢信號。因此，DL950則實現了每個輸入通道的單獨采樣率設計，即使在同時測量高速信號和許多慢信號時，數據大小也可以優(yōu)化。

另一方面，為了避免CPU瓶頸，DL950中實現了數據流的特殊路徑，通過10G以太網實現“高速公路”，初步計劃數據流速度被限制在160MB/s，但它還有更高的潛力。

4、可用性強，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)機械按鍵操作”的組合。據介紹，由于觸屏操作在很多情況下會變得不穩(wěn)定，用按鍵/旋鈕操作比觸屏更直觀和精確。因此，經過橫河的慎重考慮，決定即使在觸摸屏關閉的情況下，按鍵和旋鈕也能保持穩(wěn)定運行。

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

總結

“無需模仿，更不跟風”是橫河在新品發(fā)布的邀請函上所注，實際上，原創(chuàng)設計出示波記錄儀的這家公司正是以創(chuàng)新產品獨立于市場。

通過在硬件上的硬核升級和一體化軟件平臺的支持下，使得汽車和工業(yè)領域、電力/能源行業(yè)、產品研發(fā)領域能夠快速評估所有電器和機械測試。而豐富的插拔模塊、探頭和附件，則可為測試帶來更多的選擇。