“低成本四通道 1GSPS 示波器使用，Thunderbolt/USB4 將數(shù)據(jù)流傳輸?shù)?PC 進(jìn)行處理和顯示。”

項(xiàng)目從 2018 年開始，由 Aleksa 大神發(fā)起，目標(biāo)是構(gòu)建一套完全開源的、高性價(jià)比的專業(yè)示波器。目前已經(jīng)迭代了多個(gè)版本，在 Aleksa 和開源社區(qū)的努力下，產(chǎn)品日趨完善。

示波器有兩個(gè)主要版本，一個(gè)是便攜的盒子版本（上圖左），可以通過 Thunderbolt 或者 USB4 直接與筆記本電腦相連，非常適合出差的時(shí)候攜帶；另一個(gè)是 PCIE 的板卡（類似數(shù)據(jù)采集卡），直接插在臺(tái)式機(jī)的 PCIE 插槽上即可使用。軟件使用ngscopeclient，同樣開源且強(qiáng)大，開盒即用。 我們先來看下 ThunderScope 的小視頻：

下圖是 ThunderScope 家族的一個(gè)截圖：

電路的主體部分由基板和一個(gè)FPGA處理板（上圖中的那個(gè)小板子）組成，作者還開源了一個(gè)前端的測(cè)試版。

所有的的軟硬件都可以在以下倉(cāng)庫(kù)找到： https://github.com/EEVengers/ThunderScope 硬件部分的 License 是 CC BY 4.0，非常開放。倉(cāng)庫(kù)里還有很多視頻鏈接，詳細(xì)介紹了示波器的原理和設(shè)計(jì)過程。有興趣的小伙伴趕緊學(xué)習(xí)吧！

功能強(qiáng)大的軟件，毫不妥協(xié)的硬件

ThunderScope 將昂貴、笨重的高端示波器的強(qiáng)大功能集成到便攜、經(jīng)濟(jì)的軟件包中。傳統(tǒng)示波器受限于其內(nèi)置處理能力和狹窄的用戶界面，而 ThunderScope 則可將完整的 1 GS/s 采樣數(shù)據(jù)流實(shí)時(shí)傳輸?shù)侥挠?jì)算機(jī)進(jìn)行處理和分析。ThunderScope 的快速連接（通過 Thunderbolt、USB 4 和 PCI Express）和獨(dú)特的軟件定義架構(gòu)使其可用于從簡(jiǎn)單測(cè)量到復(fù)雜協(xié)議分析的各種應(yīng)用場(chǎng)景。

ThunderScope 重新構(gòu)想了測(cè)試設(shè)備的設(shè)計(jì)和使用方式。其硬件側(cè)重于示波器最重要的方面--模擬前端。傳統(tǒng)示波器必須在模擬前端和支持組件（如小屏幕、功率不足的微處理器和大機(jī)箱）之間分?jǐn)傤A(yù)算。ThunderScope 采用了不同的方法：不折不扣的模擬前端，通過最快的接口（Thunderbolt/USB4）連接到您的計(jì)算機(jī)。與其他在專用設(shè)備上處理數(shù)據(jù)的示波器不同，這種方法使 ThunderScope 能夠充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的潛力，使得 ThunderScope 成為唯一一款在您每次升級(jí)計(jì)算機(jī)時(shí)都會(huì)變得更好的示波器。

主要功能

硬件功能

兼容 Thunderbolt / USB4 和 PCIe 接口：以超過 1 GB/s 的速度向計(jì)算機(jī)傳輸采樣流。注：ThunderScope 不能與 USB 3 或更低版本、Thunderbolt 2 或更低版本一起使用。ThunderScope PCIe 需要 4x PCIe Gen 2 或更高的插槽。

靈活的帶寬：一個(gè)活動(dòng)通道的帶寬高達(dá) 350 MHz。使用兩個(gè)活動(dòng)通道時(shí)，每個(gè)通道的帶寬為 200 MHz；使用四個(gè)活動(dòng)通道時(shí)，每個(gè)通道的帶寬為 100 MHz。禁用抗混疊濾波器可釋放全部 500 MHz 模擬帶寬。

可調(diào)節(jié)分辨率：分辨率從 8 位到 12 位不等，取決于采樣率。

可選終端：1 MΩ 和 50 Ω 終端允許使用標(biāo)準(zhǔn)無源或有源探頭，并可直接連接至 50 Ω 系統(tǒng)和設(shè)備。

便攜式：只需一臺(tái)支持 Thunderbolt / USB 4 的筆記本電腦和 USB C 電纜。硬盒可容納 ThunderScope 和探頭，并可輕松放入背包。

軟件功能

多窗口用戶界面：整理、查看和分析測(cè)量結(jié)果，不受小屏幕的限制。保留會(huì)話期間捕獲的每個(gè)波形。

高級(jí)觸發(fā)：從最基本的邊緣觸發(fā)到自定義軟件定義的跨通道觸發(fā)，讓您能夠捕捉復(fù)雜的行為。

協(xié)議分析、測(cè)量和解碼協(xié)議，包括 I2C、SPI、CAN、SWD、USB 和以太網(wǎng)以及自定義協(xié)議。

內(nèi)存深度：僅受系統(tǒng)內(nèi)存限制。無需重新配置和捕獲，即可捕獲秒級(jí)數(shù)據(jù)并放大到納秒級(jí)。

和其他同等級(jí)別示波器的對(duì)比（點(diǎn)擊查看大圖）：

快速靈活的軟件：ngscopeclient

ngscopeclient 是一款功能強(qiáng)大的測(cè)試設(shè)備開源客戶端，提供的高級(jí)功能超越了典型的示波器。它包括一套濾波器和協(xié)議分析器，用于測(cè)量和解碼從 UART 到以太網(wǎng)的所有內(nèi)容。它完全采用 GPU 加速，響應(yīng)速度驚人，從常規(guī)探測(cè)到深度分析，都能實(shí)現(xiàn)無縫體驗(yàn)。它甚至可以連接到其他測(cè)試設(shè)備，無需使用多個(gè)供應(yīng)商的軟件或編寫測(cè)試腳本即可完成復(fù)雜的測(cè)試。

TS.NET

ngscopeclient 從 TS.NET 接收數(shù)據(jù)，TS.NET 是我們的硬件控制和觸發(fā)軟件。TS.NET 允許對(duì)硬件進(jìn)行細(xì)粒度控制，并包含我們的高效觸發(fā)代碼庫(kù)，可用于構(gòu)建您所需的精確觸發(fā)信號(hào)。

開箱體驗(yàn)

ThunderScope 易于使用。只需將其連接到計(jì)算機(jī)，打開 ngscopeclient，即可開始測(cè)量。

與傳統(tǒng)示波器不同，ThunderScope 不受有限采樣存儲(chǔ)器的限制。它可以捕捉各種時(shí)間尺度的事件，從人類可感知的事件到納秒級(jí)的細(xì)節(jié)。例如，您可以捕捉和解碼 USB MIDI 事務(wù)，并監(jiān)控合成器發(fā)出的音頻波形： 由于可以完全控制硬件，因此可以禁用通道上的抗混疊濾波器，并將其作為軟件定義無線電使用，從而從巨大的前端帶寬中獲益！以下視頻通過直接數(shù)字下變頻采集 434 MHz 無線電信號(hào)，同時(shí)對(duì)連接無線電收發(fā)器的 SPI 總線進(jìn)行探測(cè)和解碼：

ThunderScope 的模擬前端符合噪聲性能的最高標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過多年的反復(fù)試驗(yàn)，在同類帶寬產(chǎn)品中名列前茅的前端。

未來擴(kuò)展選項(xiàng)

ThunderScope 可與測(cè)試設(shè)置的其他部分無縫集成。采樣可與標(biāo)準(zhǔn)的 10 MHz 外部參考時(shí)鐘同步，或與被測(cè)設(shè)備提供的任意頻率同步。另外，內(nèi)部生成的參考時(shí)鐘可以通過同一個(gè) BNC 插口輸出，使其他測(cè)試設(shè)備與 ThunderScope 同步，或者向被測(cè)設(shè)備提供任意頻率的時(shí)鐘。處理數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)?FPGA 可通過一個(gè)輸入/輸出連接器進(jìn)行訪問，該連接器可用作外部觸發(fā)輸入，或在使用自定義比特流時(shí)用于終端用戶定義的功能。

如果您需要四個(gè)以上的通道，團(tuán)隊(duì)還在開發(fā)一項(xiàng)功能，您可以使用時(shí)鐘和同步連接配對(duì)多個(gè) ThunderScope，同時(shí)測(cè)量計(jì)算機(jī)能夠處理的多個(gè)通道。

PCB 賞析

Base Board 基板：

FPGA 核心板：

FE 測(cè)試板：

FPGA 模組的 Rev 2 作者也轉(zhuǎn)成了 KiCad 的版本，大家可以將以下鏈接復(fù)制到瀏覽器（或者點(diǎn)擊“閱讀原文”）直接查看： https://www.eda.cn/ecadViewer/viewerPage/?xmlId=9aff3313-8ba4-42d9-8236-2bcada120a9d&fileZip=%2Fdata%2Fdesign%2Fdemo%2F9aff3313-8ba4-42d9-8236-2bcada120a9d.zip 在查看器中，可以讓 Copilot 幫您快速設(shè)別設(shè)計(jì)意圖或了解器件的詳細(xì)信息：

結(jié)束語

ThunderScope 已經(jīng)完成了眾籌，預(yù)計(jì)11月會(huì)開始量產(chǎn)。盒子版本大約 $950，PCIE 版本$800。你可能會(huì)說，這也不便宜?。∵@就要看和誰比了，如果對(duì)標(biāo)同等規(guī)格的 Keysight、Agilent，這價(jià)格絕對(duì)是超值的。更何況，它比標(biāo)準(zhǔn)的儀器更小，更便于攜帶。更重要的，它是開源的！如果您愿意，完全可以自己手搓一個(gè)！無論是硬件還是軟件，您都有絕對(duì)的掌控權(quán)！

注意：如果想第一時(shí)間收到 KiCad 內(nèi)容推送，請(qǐng)點(diǎn)擊下方的名片，按關(guān)注，再設(shè)為星標(biāo)。

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審核編輯 黃宇