作为全球手持表当之无愧的统治者,Fluke当年是如何走上这条道路的;第一款热卖的手持表背后有哪些故事,让我们看看一个当年Fluke研发工程师讲述的故事。
有一天,某个国外电子论坛里贴了一个这样的帖子:
各位,我在七八十年代的时候在Fluke工作过。最早是作为新手参与了Fluke的第一台手持万用表8020。后来又领导开发了8060。
不过这些年我手里的Fluke手持万用表都在家里积灰,我在想有没有人愿意接收它们。大多数都可以工作,一小部分可能需要稍微修理一下。其中有一些还是原型机,就是正式生产之前的一些测试用的样品。有一段时间,我曾经有一箱子大概30多台有程序问题的8060,但主要功能都是好的。我把大多数都送给了朋友们,其中有一台给了已经去世的JimWilliams。反正我有很多第一代仪表,像8020,8026,8060,8062,台式表8012A,37,以及8920宽带真有效值表(这块万用表有20MHz带宽,至今仍是测量真有效值带宽最宽的设备,使用了独创的热转换器)。另外我还有好多各式各样的老Fluke万用表上的零件。
反正如果有人愿意拿走这些古董的话,我太太将会非常高兴的!

发帖人DaveTaylor和他设计的Fluke8060
然后论坛里就炸锅了。一堆工程师纷纷要献出自己的膝盖,表示8020/8060是他们用过的最好的手持万用表,甚至今天还在家里继续使用(超过30年的寿命!)。能亲眼看见活着的设计师,简直激动的要哭。
我们先看看Dave参与的几款手持表的历史地位。
8020是Fluke的第一款手持万用表,在1977年推出。在这之前它只做台式仪表。尽管在8020之前,也有不少厂商尝试生产手持表,但8020的出现才真正证明了手持表的价值。在这块表中,Fluke专门定制了MAC(MeasurementAcquisitionChip)芯片,将ADC与显示驱动集成到一块芯片中,简化了内部结构,降低耗电,将待机时间提升到200小时。8020在当时的出现,相当于仪器界出现了iPhone。

Fluke8020
8020当时的售价是169刀,1984年停产,一共卖了25万台
作为改进型号的8060更加牛逼。这款万用表是历史上第一款带有CPU的手持式万用表,还第一次加入频率测量,具有100KHz带宽的真有效值计算能力,以及独特的dB计算等功能,非常便于音频相关测试。这甚至还是第一台使用四层PCB板的手持表。截止到80年代末,Dave参与的这几款手持表的累计销售数量达到了一百万台!据说8060一直到2001年才正式停产。

Fluke8060
而原文中不经意间提到的JimWilliams则是LinearTechnology著名的模拟电路设计专家,是模电界的大神,无数工程师看过他写的技术文章。

JimWilliam在自己的实验室
所以,这哥们设计了8020和8060,还跟JimWilliam有交情。大家纷纷献上自己的Fluke手持表照片表忠心,还有不少人跪求维修附件,著名的电子类播客网站Amphour还专门对Dave进行了一次长达一小时的专访。Dave也不负众望,一气放出了不少料。
不过跪求维修附件的哥们最后都有点失望,因为Dave后来说他用来存放Fluke早期万用表零件的纸箱子被他老婆给扔了,这样的媳妇儿不能要啊。
跟Intersil的撕逼导致历史上最大的失误

Dave首先跟大家讲述的就是Fluke与芯片厂商Intersil的一段恩怨。Fluke8020里使用的3.5位ADC芯片是和Intersil公司合作开发的(全部原理设计由Fluke的工程师完成,Intersil负责实现),这块芯片就是非常有名的429100,被用在之后的多款3.5位手持表上。而在8020上市不到一年的时候,Intersil公司就对外推出了具备同样功能的ICL7106和ICL7107芯片。

装有429100芯片的Fluke手持表主板
当时市面上所有仿制Fluke的手持表的厂家都在使用这块芯片(其实一直到今天也还是一样),这块芯片与429100仅仅有非常微小的区别(取消了一项自动量程切换功能以规避Fluke的专利)。也正是这个区别,使得7106不能被作为429100的替代品直接用于Fluke手持表的维修和仿造。Fluke的工程师搞了一块Intersil的芯片,用化学溶剂腐蚀掉外壳,把它剥离到晶粒(Die)层,在显微镜下发现上面居然还留着Fluke的Logo,于是这引发了一场诉讼官司。

基于ICL7107搭建的手持表原理图
基于ICL7107搭建的手持表原理图,芯片同样具有非常高的集成度,大幅度降低了开发难度。Dave说他当时并没有直接参与到这场官司中,据说双方最后在庭外和解。作为补偿,Fluke在芯片价格上得到一定优惠,并且获得了Intersil芯片的参考设计图。从Dave的角度看,当时Fluke根本没有能力跟Intersil叫板,因为还得依靠对方继续生产8020,另外还有后续的型号要合作。不过这倒提醒了JohnFluke(Fluke的创始人)本尊,他不想再让自己的任何设计被人抄袭。于是决定自己花钱在总部Everett建立5微米晶圆厂,防止竞争对手搞到它们最新的4.5位ADC设计图。
这个决定花了Fluke几百万美元,几乎把8020上挣到的钱全都扔了进去。他们雇了芯片设计人员,购买了昂贵的设备。不过这也成了Fluke历史上最大的失误。这项投资太大了,JohnFluke当时完全被Intersil气懵了。他们的芯片生产量远不值得自己来搭建芯片生产线,所以不到三年,这个烧钱的黑洞就被终止了。
开发8060,说服老板与日企合作

8060被认为是当时最好的手持万用表。Dave也觉得这是他整个职业生涯最成功的和令人满意的设计。产品定义初期,只是要求设计出一款带有真有效值计算的4.5位手持表。但Dave当时是一个玩摇滚乐的小年轻,在测试电吉他效果器的时候,希望有一个带dB显示功能的手持表,并且至少有100kHz的带宽。另外他和软件工程师还合计着在手持万用表上加入频率测量功能。由于增加了很多功能,需要一个CPU来协调工作(之前的手持表都是依靠状态机来控制的)。当时在美国能买到的唯一CMOSCPU就是Intersil的8049,没有屏幕驱动功能,而且个头巨大。
软件工程师和Dave偶然读到了SharpSM-4芯片的一些资料,它一直被用在计算器上,看起来很不错。有多个LCD驱动能力和足够运算能力来处理ADC芯片传来的数据,可以实现dB转换。
但是当时,二战曾经在海军服役的公司老板JohnFluke有很强的反日情绪(他在珍珠港事件前就加入美国海军)。这让大家很为难,于是说服John的任务落在Dave的头上。他费了不少口舌说服老板,不过这一切都很值得,Fluke随后与Sharp建立了长期的合作关系。Sharp还为Fluke定制了专门的LCD屏幕。

反日情绪高涨的JohnFluke
尽管8060皮实耐操,但经过了几十年使用,也有不少因为器件损坏而无法使用,最容易出现问题的就是电容。Dave说当时出于成本考虑,8060里面使用了电解电容,如果能把它们换掉的话,8060可以再用30年没问题。
Dave说当年设计8060时,被公司批评最多的就是成本。最终原材料费用加起来大约在80~100刀,售价在当时是349.95刀(仪表行业的高利润一贯如此)。

电容漏液是8060维修中最常遇到的问题
另外一个Dave非常引以为豪的特点是,这是第一台可以快速测量通断的万用表。在ADC芯片之外,还有一块独立的高速比较器被专门用于这项测试,因此通断测试并不依赖于ADC芯片的采样计算结果。Dave当时把市面上所有的万用表集中在一起进行比较,快速的把正负极表笔短接在一起比赛谁的反应最快。令人惊奇的是,很多现在的万用表至今还没有意识到这在故障排查时有多么重要。
至于大家关心的侧面按钮设计,8060是Fluke最后一代采用这个设计的手持表,它的好处是单手握住时就可以操作按键,但缺点也很明显:过多的机械零件导致可靠性不足,万用表内部防尘特性变差,以及成本太高。Dave说他当时的原型机设计中,左侧是两个滑动开关用来进行功能选择,但这个设计被高层认否决了,理由是要与8020保持一致。

Dave提供的8060原始外观设计图
今天先写到这里,下周咱们继续说Dave在Fluke早年的故事




















