Dave Pereles，泰克科技公司
第一眼就可以看出，泰克最新推出的5系混合信號示波器（MSO）與其他示波器有著明顯差別。首先，臉大更有面兒了，屏幕占前面板的85%，而大多數(shù)示波器中屏幕只占大約50%。第二，端口多更能容了，就是模擬輸入的數(shù)量，最多有8個模擬輸入，而大多數(shù)示波器一般只有4個。待到示波器開機并連接被測器件測試時，你會發(fā)現(xiàn)這不是去年示波器的改良版，而是一個全新的端到端重新設(shè)計。從汽車、飛機到家用電器，再到物聯(lián)網(wǎng)等各個領(lǐng)域中，所有設(shè)備中的嵌入式系統(tǒng)正變得越來越復雜，對測試測量設(shè)備的需求也變得越來越高。一方面，越來越多的應用需要四個以上的模擬輸入通道，而數(shù)字通道的集成度也需要更高。用戶界面也必需更新，以適應世界上最流行的使用模式，亦即觸控模式。當然，還必需提升性能和信號查看能力。
基于對現(xiàn)代技術(shù)工程師不斷變化的需求的廣泛研究，泰克產(chǎn)品規(guī)劃師明確感受到，滿足這些不斷變化的預期需要的不僅僅是升級到中檔示波器系列 (350 MHz~2 GHz帶寬之間)。因此，我們進行了泰克71年歷史中最重大的開發(fā)工作，我們組建了一支龐大的項目組，包括電子工程師、軟件開發(fā)人員、用戶界面專家和工業(yè)設(shè)計師，以便重新定義和重新設(shè)計示波器。
在整個開發(fā)過程中，我們進行了全面更新。5系列MSO采用全新ASIC、噪聲更低的全新前端放大器、全新硬件結(jié)構(gòu)、全新軟件結(jié)構(gòu)和全新用戶界面。全新5系混合信號示波器擁有大量的行業(yè)第一，包括可以重新配置的示波器輸入、具有6條或8條模擬輸入通道兩種型號、15.6英寸容性觸控顯示器，從一開始就為觸控專門設(shè)計的用戶界面、選配Windows操作系統(tǒng)。
如果在設(shè)計項目組中安插了一名記者，來寫一寫“新示波器的靈魂”，那肯定很有意思。在這里，我們采訪了設(shè)計項目組中的多個關(guān)鍵成員，讓他們來談談自己面臨的挑戰(zhàn)，以及他們是怎樣克服這些挑戰(zhàn)的。下面就是對泰克中端示波器主要負責人及設(shè)計師和工程師的問答訪談，其中涉及了泰克多個部門。為清楚起見，同時也考慮到篇幅，我們對他們的回答做了簡單編輯。
開發(fā)全新平臺的原因是什么？
中端示波器部門產(chǎn)品規(guī)劃師Gary Waldo: 我的工作是與工程人員一起，規(guī)劃下一代產(chǎn)品需要完成哪些工作。我代表著客戶和核心團隊雙方的聲音。市場上出現(xiàn)了一些新的應用需求，我們要能夠滿足當前產(chǎn)品和平臺所滿足不了的需求。我們知道，我們必須開發(fā)一個全新的平臺，來實現(xiàn)這些新型功能，實現(xiàn)產(chǎn)品現(xiàn)代化，提供客戶當前正在尋找的功能，操作起來要簡單直觀。為了滿足各種客戶需求，開發(fā)新平臺是必須的。
與這個平臺有關(guān)的一切都是全新的，包括用戶界面。我過去開發(fā)的許多程序中，用戶界面一直都是以前的用戶界面演變而來的。這可能是十幾年來第一個全新的用戶界面，我們之所以這樣做，是因為我們希望讓客戶百尺竿頭、更進一步，讓我們的產(chǎn)品變得盡可能簡單、直觀、易用。我們知道客戶很忙，我們不想他們擔心每次使用儀器時都要學習或再學習儀器的使用方法。
請介紹一下新型ASIC。
技術(shù)總監(jiān)Bart Mooyman-Beck: 我的團隊開發(fā)了5系列MSO中的芯片，我們四年前就開始了設(shè)計。我們把這款芯片稱為TEK049。它基本上是一臺芯片上的示波器，它擁有示波器要求的所有功能：ADC、數(shù)字信號處理、光柵化器、顯示格式化，這是設(shè)計的核心。
TEK049 ASIC是5系列示波器的核心。它擁有4億個晶體管，就是一臺“芯片上的示波器”。
這一設(shè)計有4億個晶體管。這是泰克以前沒有做過的設(shè)計，我們不能完全獨立完成。因此我們召集合作伙伴和外包公司來幫忙。開發(fā)工作的管理是一個相當大的挑戰(zhàn)。我們動用了世界各地的資源，一天24小時運轉(zhuǎn)，有的時候一周七天不休息。我們竭盡全力，利用我們擁有的整個基礎(chǔ)設(shè)施，來開發(fā)這一產(chǎn)品。我們對芯片開發(fā)工作層層負責，高級總監(jiān)寫合同，與合作伙伴和供應商進行高層次互動，然后工程師處理與合作伙伴的日�；顒�，每個人各司其職，最后才成功地開發(fā)出這一產(chǎn)品。
這張內(nèi)部海報突出了最新TEK049的主要功能，表明這是一個“全CMOS前端采集芯片”。
TEK049在許多方面都實現(xiàn)了突破。對我們來說，最具挑戰(zhàn)性、也是最激動人心的，是開發(fā)芯片的高保真部分。ADC是獨一無二的，以前是空白。我們把DSP引擎集成到芯片中。算法設(shè)計也是獨一無二的。我們能夠吸引頂級人才，因為我們在走訪世界上開發(fā)這一產(chǎn)品的各個地區(qū)時，世界各地的人都會說我們想成為這一解決方案的一份子。有了這群人及我們的合作伙伴，我們才能開發(fā)出世界上保真度最高的芯片。
FlexChannel™輸入有什么幕后故事？
Gary Waldo: 我們的目標是為客戶提供靈活性。我們提供多達8個Flex通道輸入。它可以配置成8條模擬通道和0條數(shù)字通道，也可以配置成7條模擬通道和8條數(shù)字通道，還可以配置成6條模擬通道和16條數(shù)字通道。你看這里的模式。在傳統(tǒng)MSO中，你要么得到16條數(shù)字通道，要么一條沒有，為客戶提供的通道數(shù)量幾乎總是不對的。
FlexChannel輸入可以是一條模擬通道，也可以是8條數(shù)字通道，其設(shè)計目標是讓客戶根據(jù)自己的需求，更靈活地確定適當?shù)氖静ㄆ魍ǖ琅渲谩?/P>
軟件項目負責人Steve Herring: 這一產(chǎn)品的差別在于，數(shù)字通道從一開始時就是和模擬一起設(shè)計的。數(shù)字通道現(xiàn)在不再是事后考慮的東西。以前，我們是在傳統(tǒng)模擬示波器上增加數(shù)字通道。5系列混合信號示波器（MSO）從一開始就在一個前端中同時支持模擬和數(shù)字。模擬和數(shù)字在這個產(chǎn)品中是同等的，同一個前端，同一條信號路徑，同一個硬件，而且是同一套軟件。
在與四條模擬通道相同的空間中放進最多8條模擬通道及最多64條數(shù)字通道，你們面臨著哪些挑戰(zhàn)？
硬件設(shè)計主管Brian Mantel: 為調(diào)試我們遇到的某些問題，我們使用了某些其他產(chǎn)品。事實上，我們希望我們要用5系列調(diào)試它自己，因為它使用起來簡便得多。我們想盡辦法，把8條模擬通道放到與現(xiàn)有產(chǎn)品類似的外形中。它是一種真正驚人的設(shè)計成就，在這么小的區(qū)域中封裝了這么多的電路，僅此一項就是巨大的挑戰(zhàn)。另外，這里面涉及大量的機械設(shè)計，以確保我們能夠穩(wěn)妥地冷卻所有部件。冷卻也是一個大的挑戰(zhàn)。
嘗試將所有模擬通道和數(shù)字通道布線到ASIC也是一個設(shè)計挑戰(zhàn)。我們必須采取謹慎的措施，確保所有定時是準確的，我們的模擬信號中沒有任何數(shù)字噪聲串擾。
說到噪聲，您怎樣在前端上實現(xiàn)低噪聲？
Brian Mantel: 消除系統(tǒng)噪聲是一個特別的挑戰(zhàn)，因為我們的前端異常靈敏，以便客戶能夠詳細查看信號。他們必需獲得很高的測量精度，所以也特別容易產(chǎn)生噪聲。我們做了大量的工作，確保這是一臺超高分辨率儀器。
我們先確保采用低噪聲設(shè)計，而后必須處理所有機械屏蔽。在我們制作設(shè)計原型時，我用了大約300美元的銅帶來完成屏蔽，確保制造的產(chǎn)品質(zhì)量沒有問題。我們最終實現(xiàn)了非常好的低噪聲設(shè)計。
設(shè)計項目組用了大約300美元的銅帶，才設(shè)計出前端輸入的機械屏蔽解決方案。
軟件結(jié)構(gòu)有怎樣的變化，來適應FlexChannel輸入和選配Windows等功能?
軟件架構(gòu)師Shane Arnold: FlexChannels可能對軟件結(jié)構(gòu)的影響最大。我們以前開發(fā)的產(chǎn)品在配置上都是靜態(tài)的，而現(xiàn)在，軟件管理的通道數(shù)量取決于配置。能夠配置通用通道既是一個機遇，可以幫助客戶解決問題；也是一個巨大的挑戰(zhàn)，因為我們必須解決結(jié)構(gòu)上的問題。
這對未來產(chǎn)品開發(fā)有很多好處，由于這種結(jié)構(gòu)，我們可以處理FlexChannels等功能。有一些應用我們以前滿足不了，而有了這種新的軟件結(jié)構(gòu)，我們現(xiàn)在能夠滿足了。由于儀器中有各種模塊化器件，因此軟件本身必需體現(xiàn)這種模塊化特點。這一產(chǎn)品中內(nèi)嵌的每一臺不同設(shè)備都有一個相關(guān)的軟件組件，因此我們能夠開發(fā)基于組件的軟件結(jié)構(gòu)。
通過實現(xiàn)這種新的跨平臺代碼庫，我們可以搭建一種能夠在Windows和其他操作系統(tǒng)上同樣很好運行的軟件結(jié)構(gòu)。這種產(chǎn)品第一次允許客戶選擇是開放的系統(tǒng)（基于Windows）還是專用的系統(tǒng)。我們的部分客戶對專用系統(tǒng)產(chǎn)品情有獨鐘，因為它們不會感染病毒，沒有管理問題和管理開銷。它是專門構(gòu)建的系統(tǒng)，只用來做測量。但有些客戶希望采用開放的系統(tǒng)，這樣就可以安裝其他應用，使用Windows。
這種軟件結(jié)構(gòu)是否能讓用戶面向未來做好準備?
Steve Herring: 當然，我們?nèi)趨R了我們傳統(tǒng)產(chǎn)品中的最好經(jīng)驗，當然泰克從業(yè)以來學到了許多東西，但軟件結(jié)構(gòu)是全新的，是面向未來設(shè)計的。它設(shè)計成即插即用�？蛻魧⒛軌蛟诓恢貑⑹静ㄆ鞯那闆r下，加載新應用和新功能。他們能夠在運行時加載和使用這些應用和功能。這不是后加的東西，不是在現(xiàn)有的平臺上打補丁，我們設(shè)計的是一個未來幾年內(nèi)都能使用的平臺。
在搭建新的軟件結(jié)構(gòu)時，你們面臨哪些挑戰(zhàn)?
分析項目組軟件經(jīng)理Mark Smith：挑戰(zhàn)涉及三個主要領(lǐng)域。一是從產(chǎn)品開發(fā)周期角度看，我們要在規(guī)定的時間內(nèi)完成這么龐大的工作相當有挑戰(zhàn)。另一個挑戰(zhàn)是我們進入產(chǎn)品開發(fā)的某個階段時，項目組規(guī)模明顯擴大。這是一個挑戰(zhàn)，因為有了新人，他們要接受新系統(tǒng)的教育，要提升他們的素質(zhì)，要讓他們能夠做出卓有成效的貢獻。第三個挑戰(zhàn)是測量性能。系統(tǒng)內(nèi)部的新特性和新功能之一，是我們要深入分析數(shù)據(jù)集，因此如果您想處理更多的數(shù)據(jù)，您就要用更多的時間。我們想提供更高的分析保真度，而不會明顯改變獲得信息的時間。我們用了大量的時間優(yōu)化系統(tǒng)性能，以實現(xiàn)這一目標。
新型示波器擁有流線型時尚外觀，這是怎么做到的？
視覺設(shè)計師Steve Lafrance: 我參與了工業(yè)設(shè)計和用戶界面設(shè)計，要把我們當前的產(chǎn)品，也就是過去十年中一直使用的產(chǎn)品，提升為外觀更加時尚的產(chǎn)品。這要求一種模式轉(zhuǎn)換，從按鈕導向轉(zhuǎn)向觸摸屏導向。我們正從小屏幕產(chǎn)品轉(zhuǎn)向大屏幕產(chǎn)品，這要求重新思考我們擁有的一切，包括產(chǎn)品的物理外觀。然后，由于我們正從按鈕導向轉(zhuǎn)出來，這也要求改變產(chǎn)品內(nèi)部。因此變動是全方位的。在設(shè)計方面，我們面臨著相當多的挑戰(zhàn)。
為了確定哪些東西對客戶有意義，我們反復進行了大量的設(shè)計。我們從核心模型到實際全面繪圖，最終制作出展現(xiàn)在人們面前的完整原型。它是一張圖時是一回事，看上去可能非常漂亮，非常好。而實際使用時則完全是另一回事；而拿到原型，在原型中置入軟件時，又會有所不同。
這是一臺早期原型，每條通道有一個旋鈕，因為這一直是示波器的傳統(tǒng)。但是，每個人看了以后都說這種模型在4條以上通道時是不可行的，因此在最終產(chǎn)品上我們采用了復用控制模式。
機械工程主管Rob Kreitzer: 人們一直愿意了解、其他工程師特別喜歡的，是產(chǎn)品的外觀，因為這可以給好的產(chǎn)品錦上添花。而這一塊需要付出大量的努力。最終它看上去簡單優(yōu)雅，實際上要耗費大量的時間、精力和工程設(shè)計工作。
我非常驕傲的一點，是我們確立了一個愿景，那就是創(chuàng)造一個看上去像是技術(shù)藝術(shù)品的產(chǎn)品。把外觀視為示波器的其中一個特色，是需要做大量的工作的。沒有人想一開始就把重點放在外觀上，但客戶看到它的第一印象確實會產(chǎn)生影響。我們需要使它看上去時尚、科技感。
可折疊支腳有什么故事?
Gary Waldo: 在開發(fā)這款儀器的工業(yè)設(shè)計時，我們進行了幾輪客戶測試，我們仿制了一個模型，重量和最終產(chǎn)品差不多。我們請了一名客戶來進行物理評測。在這個客戶往前傾斜著放原型機時，原型機前支腳塌掉了。正因如此，我們必須采取措施，保證示波器前傾時前腳不會塌。在新的設(shè)計中，當支腳承重時，支腳是不會塌掉。一旦支腳不再承重，您可以簡便地把支腳向回翻并拿開。
在5系列MSO向前傾斜時，鎖定機制可以防止前腳塌掉。
Rob Kreitzer: 在處理支腳的過程中，我們發(fā)現(xiàn)客戶希望有多個支腳位置。有些用戶希望平著使用示波器，有些想要標準翻轉(zhuǎn)支腳，有些則需要把示波器放在工作臺高處，不希望屏幕晃眼。所以我們增加了一個后腳，可以消除屏幕晃眼，這樣前腳后腳各有一個，可以獨立工作。
為什么你們決定開發(fā)觸控用戶界面？
Steve Herring: 從測試測量行業(yè)角度看，這種新的用戶界面是顛覆式的。用戶界面設(shè)計是一個挑戰(zhàn)。每個人對用戶界面及其應該怎樣工作都有自己的看法。我們有很多相對較新的客戶，這些年輕客戶已經(jīng)習慣了使用智能手機，我們也有大量的歲數(shù)大一點兒的客戶，他們習慣了前面板按鈕和旋鈕，每個控制功能有一個旋鈕。當然，能夠滿足每個人的需求是一個巨大的挑戰(zhàn)。
我們一直陷于兩難的境地：我們已經(jīng)得到新的超大屏幕，讀起來很容易，分辨率高，但有一部分前面板放到了側(cè)面，如人們熟悉的按鈕和旋鈕，而人們已經(jīng)習慣在前面板中使用這些按鈕和旋鈕。他們伸出手，按下按鈕或輕觸旋鈕，和預期方式一樣。我們保留了我們已經(jīng)習慣了的最好的東西，再融入當今現(xiàn)代儀器的優(yōu)秀特點。我們在一個產(chǎn)品中實現(xiàn)了魚和熊掌兼得。
在觸摸屏界面中，我們有一個特色是把用戶需要用的東西就放在他們眼睛看得見的地方，他們正在尋找的地方。他們不用把眼睛離開屏幕，去別的地方找一個軟鍵或一個菜單。他們只需輕觸看到的東西，就會在那兒得到所需的結(jié)果。對大多數(shù)界面來說，輕觸完成這個，縮放完成那個，我們仿真了所有這些手勢。用戶不必從頭開始，下次回來時還要等，還要想這和智能手機操作有什么差別。我們遵循了觸控界面的所有設(shè)計標準。
在易用性測試中，你們對用戶界面有哪些心得？
高級軟件工程師/用戶界面主管Bridget Fisher：剛開始時，我們有一家外部顧問公司，為我們提供創(chuàng)意，告訴我們應該怎樣布局，并推薦了字號，我們采納了這個方案，使用了這些信息。在我們第一次進行易用性測試中，我們發(fā)現(xiàn)沒有人能讀得了用戶界面。人們進來后說，我沒帶眼鏡。根據(jù)這些反饋，我們加大了所有項目的字號，第二次再測試時，再也沒有人投訴了。
我們有一項易用性測試，不允許客戶使用前面板、鍵盤或鼠標。他們必須使用觸摸屏完成一切。在我們剛啟動這個項目時，似乎觸摸屏只是一種點綴，我們之所加觸摸屏，只是人們覺得應該加。但在我們的測試中，我們發(fā)現(xiàn)客戶實際上很喜歡使用觸摸屏。我驚奇地發(fā)現(xiàn)，有的客戶說，在使用我們以前的示波器時，他們沒有地方放鍵盤或鼠標。而觸摸屏釋放出了工作臺空間，可以放其他東西。
在我們的用戶測試中，唯一對用戶不直觀的，因為他們以前沒有體驗過，是要雙擊才能啟動配置菜單。但我們第一次告訴用戶之后，他們后面就不再是問題。正因如此，我們就所有手勢提供了一個非常簡單的教程。我非常驚訝地發(fā)現(xiàn)，他們很快就學會了用戶界面，甚至有的地方無師自通。
5系列MSO采用全新的用戶界面。
你們是怎樣使用戶界面速度快、反應快的？
軟件和用戶體驗經(jīng)理Giao Tran：在早期易用性測試過程中，我們發(fā)現(xiàn)客戶希望使用觸摸屏，像移動設(shè)備一樣操作，支持縮放、滑動等手勢。我們發(fā)現(xiàn)，這些手勢實現(xiàn)起來極具挑戰(zhàn)性，因為軟件是在實時信號上運行的，而不是網(wǎng)頁上的固定對象。這要求我們的工程師發(fā)揮創(chuàng)造性，改善波形顯示算法，確保儀器在觸控中平穩(wěn)運行。
我們特別注意使觸控界面反應迅速，在處理實時信號時，這可不容易。
這個項目給你們的最佳體驗是什么？
Shane Arnold: 我們進入了一個里程碑，我們推出了一種全新系統(tǒng)，而這又是泰克公司擁有悠久歷史的產(chǎn)品。我們把這個里程碑稱為Green Worm（綠蟲），它參照了基于CRT的老式示波器，屏幕上的軌跡是綠色的。因此，這臺儀器第一次能實現(xiàn)波形模數(shù)轉(zhuǎn)換，把它與觸發(fā)的波形視圖一起放在屏幕上時，我們稱之為Green Worm（綠蟲）。那天正好是我生日，我工作到深夜，也恰好是Green Worm出現(xiàn)的時間，我永遠忘不了那一天。
Gary Waldo: 在開發(fā)過程中，許多簽訂了保密協(xié)議的客戶看到了這臺儀器，反饋非常好。他們對我們的新型工業(yè)設(shè)計、用戶界面、性能、增加的通道、FlexChannels概念、選配Windows操作系統(tǒng)都非常滿意。反饋一邊倒地好。我本人對用戶界面特別驕傲，因為我領(lǐng)導了用戶界面設(shè)計工作。這是一項耗時很長的工作，我們重新搭建了儀器中的一切，最后才變成了現(xiàn)在的模樣。
Bridget Fisher: 我對用戶界面設(shè)計很滿意，因為我喜歡讓人快樂。在人們第一次看到5系列MSO時，他們可能會禁不住一愣，因為有些東西他們以前沒有見過，過了一會兒，他們的臉上就會浮現(xiàn)出笑意。
關(guān)于作者：
Dave Pereles在測試測量行業(yè)的工作超過了25年，先后擔任過各種職務，包括應用工程師和產(chǎn)品管理。他畢業(yè)于美國康涅狄格州哈特福德市卡地亞學院電氣工程專業(yè)，獲得理學學士學位，并在西雅圖大學獲得MBA學位。
