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回顾示波器的发展史,中国为什么没有高端示波器?

专家
2020-04-21 07:56:38    评分

有些事情并不能持续的深入研究,唯有市场的持续需求不断刺激技术进步,就像战争那样,技术才可能有巨大的飞跃。另外,一些其他技术的进步,比如电子计算机,也与仪器的发展相辅而成,这也带来了思维的全面改观。

示波器作为电测行业最基本的综合性仪器,设计和制造他所涉及的领域也十分广泛,从半导体到特种材料,从机加工到电子设计无所不涉及。这就需要强大完善的工业体系作为支撑。但是苏联早期无不具有这一切?为什么苏联没有做起来呢?其实认为市场也是很关键的,仅依靠国家力量,可能能在短时间内集中攻关力量解决一个难题,随后投入其他难题的处理中。有些事情并不能持续的深入研究,唯有市场的持续需求不断刺激技术进步,就像战争那样,技术才可能有巨大的飞跃。另外,一些其他技术的进步,比如电子计算机,也与仪器的发展相辅而成,这也带来了思维的全面改观。

涉及到示波器相关的具体技术,从60年代以前,一般来说我国和外国的差距不是特别的大,因为大家都用电子管,这个东西无非对工业机械设备有一定的要求,主要是冲压和焊接等等,另外电子管特殊的阴极涂层材料也对性能影响至关重要,不过这一切都不是遥不可及的。此外这个时期的示波器带宽通常还没有超过40MHz,确实难度不是特别大,这个阶段我们和技术储备方面没有太大差距,主要是因为需求也不是太多,导致产品无论从工艺还是结构,都有些落后。

图片4.png图:TEK 511示波器的局部,可以看到底板上还印有很多文字提示,比较精细。

顺便说一说这个时代的制造工艺,因为电子管本身体积较大,而且多半随着高压大电流,所用的器件体积也很大,无论国内还是国外都是这样安装元器件的,也就是元件安装在支架上,然后用线相互连接。这种方式国内俗称搭棚焊接。

进入60年代中期,一些半导体器件开始逐渐取代电子管的地位,此时示波器的带宽开始达到100MHz。在这个时期电子计算机的应用也开始逐渐推广开,这导致对示波器有更多的需求。此时(大约1965年),HP公司也发布HP-IB总线,后来这种技术在70年代标准化成为IEEE488也就是GPIB。通过这种控制总线,计算机可以控制电子仪器工作,采集仪器的数据并且进行分析。这使得我们对数据的使用和理解上升到一个新的高度,同时催生了自动化测量系统的概念,他带来了更高的效率和更好的精确性。而此时国内仍未太多进步。高带宽示波管对加工技术和设计提出了十分高的要求,电子计算机更是全国都没有多少。

图片3.png 

由于晶体管缩小了体积和功耗,印刷电路板技术开始推广,通过PCB板,电子元件可以被快速有序的安装,同时减小了寄生参数。于是电路板的制造工业技术也同步跟进发展。

图片2.png 

图片来自一位老前辈DIY,不过当时国内的PCB基本上也就是这样。看起来粗糙的多。主要方法是给每个元件的安装点打孔并打铆钉,然后焊接在铆钉上,反面相互连接起来。这样的工艺效率低,安装密度也低。这些辅助工业也严重影响仪器的集成度提高。

进入70年代,我们的浩劫仍在继续。而美国佬的微波半导体技术突飞猛进,微电子集成电路技术更是日新月异,这个时段常规示波器带宽到达350MHz,特种示波器可达1GHz。同时半导体技术的更进一步发展使得示波器完全可程控化,也可以进行数字化采集。比如同年代的模拟示波器已经具有微处理器了,可以在荧光屏上直观的读出测量参数,又可以将参数和波形传递给计算机。直到几十年后国产的模拟示波器才开始具有这种能力。而此时我们半导体工业止步不前,还只能生产普通逻辑门电路。当然8086一类的CPU也仿制出来过,不过想想也是,1没人会用,2成本高得吓人,3利用这些东西去做测量仪器,极大的增加仪器成本和复杂程度,却没有足够的计算机与之相配套。此时的测量需求主要依靠进口满足(中美关系还凑合)。在此时代,由于仪器以及军方需求,美国佬开始制作4层电路板,并且使用了早期的计算机进行EDA辅助电路设计。

图片1.png 

比如...不比真的不知道差距有多大

80年代是PC和小霸王腾飞的时代。在此时代得益于众多行业对超大规模电路的需求,示波器也跟着沾光,进入了数字时代。由于雷达等特殊需求,砷化镓半导体技术快速成长,同时应用在网络分析仪,频谱分析仪等射频测量仪器内。这些其他领域的技术铺垫为高性能数字示波器铺平了道路。而国内由于相关产业稀缺,在此时出现了极大的技术断层,并且直到今天也未能追上。如果有兴趣的话可以看看80年代的美国各种小霸王,有用各种各样的CPU的,比如Z80,MC6800,MC68000,6502等等。不得不说市场起了巨大作用,由于制造这些消费电子产品,对于电测仪器自然也有巨大的需求了。在这个时期,元器件密度极大的提高,也促进了SMD表面贴装技术的成熟,这代表着电路的集成度,稳定性,生产速度的大幅度提高。

90年代初,随着计算机以及各种网络系统的日益复杂,对于测量仪器也提出了更高的要求。这时以HP54600系列和泰克TDS500系列为主要代表的高性能数字示波器登场。经过长期的技术积累,此时的数字示波器融合了先进的半导体技术,比如微计算机,DSP,CPLD,以及专门设计的ASIC和代表核心技术的ADC,触发控制器等等。在软件方面也是各种先进测量算法的集合。可以说无论从哪一方面,在那个年代我们的差距不是一点半点。毕竟造个286的零件都不能完全国产化,何谈更先进的示波器呢?

所以说题主的问题在我看来其实很宽泛,他涉及到多个领域。虽说可能从一台仪器仪器本身来看,就主要被限制在几个关键的器件上.但是想要做出这些东西绝非组织几次全国性技术攻关就能得来相应的成果,他是长期积累和进步的产物,也是智慧的结晶.同时也是顺应时代发展和市场需求的必然结果。

以下,通过简单看看示波器的发展史来更深入的理解技术积累的概念.也顺便看看前辈们的脑洞。

古时候(90年代以前),HP尚未被拆分,所以他也生产电测仪器,而且是靠着仪器发家的。拆分以后电测与生化测量叫做Agilent (现电测再次拆分叫Keysight),半导体技术叫Avago。同样泰克公司曾经旗下有MAXTEK公司,来设计和制造本公司仪器所需的特殊定制件。





关键词: 回顾     示波器     发展史    

工程师
2020-04-23 22:02:12    评分
2楼

主要是没有先进的器件吧?!


助工
2020-04-23 22:10:02    评分
3楼

现在国产的示波器也赶上了,中低端都比老外做的性价比高了


助工
2020-04-23 22:17:27    评分
4楼

人才也很重要啊!详细早期中国能到海外留学电子的,没几个人吧!


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