ThunderScope：开源的、优雅的、便携的专业级示波器

“ 低成本四通道 1GSPS 示波器使用，Thunderbolt/USB4 将数据流传输到 PC 进行处理和显示。”

项目从 2018 年开始，由 Aleksa 大神发起，目标是构建一套完全开源的、高性价比的专业示波器。目前已经迭代了多个版本，在 Aleksa 和开源社区的努力下，产品日趋完善。

示波器有两个主要版本，一个是便携的盒子版本（上图左），可以通过 Thunderbolt 或者 USB4 直接与笔记本电脑相连，非常适合出差的时候携带；另一个是 PCIE 的板卡（类似数据采集卡），直接插在台式机的 PCIE 插槽上即可使用。软件使用 ngscopeclient，同样开源且强大，开盒即用。 我们先来看下 ThunderScope 的小视频：

下图是 ThunderScope 家族的一个截图：

电路的主体部分由基板和一个FPGA处理板（上图中的那个小板子）组成，作者还开源了一个前端的测试版。

所有的的软硬件都可以在以下仓库找到： https://github.com/EEVengers/ThunderScope 硬件部分的 License 是 CC BY 4.0，非常开放。仓库里还有很多视频链接，详细介绍了示波器的原理和设计过程。有兴趣的小伙伴赶紧学习吧！

功能强大的软件，毫不妥协的硬件

ThunderScope 将昂贵、笨重的高端示波器的强大功能集成到便携、经济的软件包中。传统示波器受限于其内置处理能力和狭窄的用户界面，而 ThunderScope 则可将完整的 1 GS/s 采样数据流实时传输到您的计算机进行处理和分析。ThunderScope 的快速连接（通过 Thunderbolt、USB 4 和 PCI Express）和独特的软件定义架构使其可用于从简单测量到复杂协议分析的各种应用场景。

ThunderScope 重新构想了测试设备的设计和使用方式。其硬件侧重于示波器最重要的方面--模拟前端。传统示波器必须在模拟前端和支持组件（如小屏幕、功率不足的微处理器和大机箱）之间分摊预算。ThunderScope 采用了不同的方法：不折不扣的模拟前端，通过最快的接口（Thunderbolt/USB4）连接到您的计算机。与其他在专用设备上处理数据的示波器不同，这种方法使 ThunderScope 能够充分发挥计算机的潜力，使得 ThunderScope 成为唯一一款在您每次升级计算机时都会变得更好的示波器。

主要功能

硬件功能

兼容 Thunderbolt / USB4 和 PCIe 接口：以超过 1 GB/s 的速度向计算机传输采样流。注：ThunderScope 不能与 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。

灵活的带宽：一个活动通道的带宽高达 350 MHz。使用两个活动通道时，每个通道的带宽为 200 MHz；使用四个活动通道时，每个通道的带宽为 100 MHz。禁用抗混叠滤波器可释放全部 500 MHz 模拟带宽。

可调节分辨率：分辨率从 8 位到 12 位不等，取决于采样率。

可选终端：1 MΩ 和 50 Ω 终端允许使用标准无源或有源探头，并可直接连接至 50 Ω 系统和设备。

便携式：只需一台支持 Thunderbolt / USB 4 的笔记本电脑和 USB C 电缆。硬盒可容纳 ThunderScope 和探头，并可轻松放入背包。

软件功能

多窗口用户界面：整理、查看和分析测量结果，不受小屏幕的限制。保留会话期间捕获的每个波形。

高级触发：从最基本的边缘触发到自定义软件定义的跨通道触发，让您能够捕捉复杂的行为。

协议分析、测量和解码协议，包括 I2C、SPI、CAN、SWD、USB 和以太网以及自定义协议。

内存深度：仅受系统内存限制。无需重新配置和捕获，即可捕获秒级数据并放大到纳秒级。

和其他同等级别示波器的对比（点击查看大图）：

快速灵活的软件：ngscopeclient

ngscopeclient 是一款功能强大的测试设备开源客户端，提供的高级功能超越了典型的示波器。它包括一套滤波器和协议分析器，用于测量和解码从 UART 到以太网的所有内容。它完全采用 GPU 加速，响应速度惊人，从常规探测到深度分析，都能实现无缝体验。它甚至可以连接到其他测试设备，无需使用多个供应商的软件或编写测试脚本即可完成复杂的测试。

TS.NET

ngscopeclient 从 TS.NET 接收数据，TS.NET 是我们的硬件控制和触发软件。TS.NET 允许对硬件进行细粒度控制，并包含我们的高效触发代码库，可用于构建您所需的精确触发信号。

开箱体验

ThunderScope 易于使用。只需将其连接到计算机，打开 ngscopeclient，即可开始测量。

与传统示波器不同，ThunderScope 不受有限采样存储器的限制。它可以捕捉各种时间尺度的事件，从人类可感知的事件到纳秒级的细节。例如，您可以捕捉和解码 USB MIDI 事务，并监控合成器发出的音频波形： 由于可以完全控制硬件，因此可以禁用通道上的抗混叠滤波器，并将其作为软件定义无线电使用，从而从巨大的前端带宽中获益！以下视频通过直接数字下变频采集 434 MHz 无线电信号，同时对连接无线电收发器的 SPI 总线进行探测和解码：

ThunderScope 的模拟前端符合噪声性能的最高标准。经过多年的反复试验，在同类带宽产品中名列前茅的前端。

未来扩展选项

ThunderScope 可与测试设置的其他部分无缝集成。采样可与标准的 10 MHz 外部参考时钟同步，或与被测设备提供的任意频率同步。另外，内部生成的参考时钟可以通过同一个 BNC 插口输出，使其他测试设备与 ThunderScope 同步，或者向被测设备提供任意频率的时钟。处理数据采集和传输的 FPGA 可通过一个输入/输出连接器进行访问，该连接器可用作外部触发输入，或在使用自定义比特流时用于终端用户定义的功能。

如果您需要四个以上的通道，团队还在开发一项功能，您可以使用时钟和同步连接配对多个 ThunderScope，同时测量计算机能够处理的多个通道。

PCB 赏析

Base Board 基板：

FPGA 核心板：

FE 测试板：

FPGA 模组的 Rev 2 作者也转成了 KiCad 的版本，大家可以将以下链接复制到浏览器（或者点击“阅读原文”）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，可以让 Copilot 帮您快速设别设计意图或了解器件的详细信息：

结束语

ThunderScope 已经完成了众筹，预计11月会开始量产。盒子版本大约 $950，PCIE 版本 $800。你可能会说，这也不便宜啊！这就要看和谁比了，如果对标同等规格的 Keysight、Agilent，这价格绝对是超值的。更何况，它比标准的仪器更小，更便于携带。更重要的，它是开源的！如果您愿意，完全可以自己手搓一个！无论是硬件还是软件，您都有绝对的掌控权！

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审核编辑 黄宇