混合域示波器 引爆測量領(lǐng)域新革命
[導(dǎo)讀]工欲善其事，必先利其器。透過示波器，我們能窺見推動電子設(shè)備向下一代升級的所有趨勢。數(shù)字示波器在上世紀(jì)90年代初面世時，模擬示波器在一段時間內(nèi)依舊是這一市場的主流產(chǎn)品。就在不久之前，一名工程師還必須將示波
工欲善其事，必先利其器。透過示波器，我們能窺見推動電子設(shè)備向下一代升級的所有趨勢。數(shù)字示波器在上世紀(jì)90年代初面世時，模擬示波器在一段時間內(nèi)依舊是這一市場的主流產(chǎn)品。就在不久之前，一名工程師還必須將示波器某一屏幕的內(nèi)容打印出來，以捕獲所發(fā)生的情況。他們無法保存波形，以便日后加載，進(jìn)行更多的分析和比較，亦無法將波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到自己的電腦桌面用于分析。唯一的解決辦法就只能打印成圖片。如今，即便是最廉價的通用數(shù)字示波器，在其前端都設(shè)計有可輕松保存屏幕截圖和波形的USB接口?；仡櫷ㄓ檬静ㄆ鞯难葑儯唤@嘆于如今技術(shù)所達(dá)到的高度。
表面波瀾不驚的示波器行業(yè)近年來也在上演日益激烈的競爭，半導(dǎo)體、通信、消費(fèi)電子等行業(yè)催生出的新技術(shù)，無不需要與之匹配的工具。產(chǎn)品升級、推陳出新也在出現(xiàn)加快的趨勢，革新性產(chǎn)品時有所見。
就在過去的八月，示波器領(lǐng)導(dǎo)廠商泰克科技在一個月內(nèi)高調(diào)發(fā)布了兩款新產(chǎn)品：業(yè)界精確度最高的33GHz全通道帶寬示波器DPO/DSA70000D系列，以及具有革命意義的全球首款混合域示波器MDO4000系列。這兩款產(chǎn)品堪稱扔在示波器行業(yè)的兩枚重磅炸彈，將在全球示波器行業(yè)引起持續(xù)的震動，對示波器行業(yè)發(fā)展趨勢的影響值得觀察。
新興應(yīng)用催生示波器類別革新——更快的解決方案
通常情況下，一位工程師要么是混合信號/數(shù)字信號工程師，要么是射頻信號工程師。隨著WiFi、ZigBee、藍(lán)牙、RFID等無線應(yīng)用進(jìn)入到日益增多的嵌入式系統(tǒng)中，越來越多的工程師需要同時面對數(shù)字電路和射頻電路設(shè)計，設(shè)計工程師必須同時處理這兩個領(lǐng)域。當(dāng)前，超過60%的示波器用戶還使用頻譜分析儀來解決擁有無線功能嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計問題，這要求他們同時在時域和頻域下工作。對于這些系統(tǒng)的眾多設(shè)計工程師來說，同時解決射頻和數(shù)字信號的測試分析成為了一種新的測試需求。
“控制信號打開到所需幅度的頻率，其時間測量至關(guān)重要，我希望示波器可以幫助我完成該測量”
“如果能有分屏顯示功能，同時查看頻域和時域，并看到相應(yīng)的射頻響應(yīng)，這將極大地節(jié)省時間”
“我主要用示波器查看基于時間的RF電路/調(diào)制活動，希望有一款產(chǎn)品能幫助我觀測整個時段的調(diào)頻”
……
近年來隨著像NFC、物聯(lián)網(wǎng)等新興應(yīng)用的風(fēng)生水起，類似的這些實實在在的測試需求大量增加，這些應(yīng)用需求催生了混合域示波器(泰克MDO4000)這一開創(chuàng)性的示波器新類別，集示波器和頻譜分析儀功能于一臺儀器，提供時間相關(guān)的模擬、數(shù)字和射頻信號觀測。
全面系統(tǒng)可視化的混合域示波器捕獲時間相關(guān)的模擬、數(shù)字和RF信號，并了解RF頻譜隨時間變化。
MDO4000遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)頻譜分析儀的功能，允許用戶捕獲4個模擬、16個數(shù)字和1個RF通道上的時間相關(guān)模擬、數(shù)字和RF信號，并在所有中心頻率提供≥1GHz的捕獲帶寬，比典型頻譜分析儀高100倍。由于實現(xiàn)了時間相關(guān)的多域顯示，工程師現(xiàn)在能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的定時測量，以了解其設(shè)計中的時域命令/控制事件間的延遲和時延在頻域上引起的變化。另外，由于MDO4000能夠提供時域和頻域時間相關(guān)的完整系統(tǒng)級觀測，所以尋找間歇性EMI噪聲和元器件狀態(tài)帶來的EMI噪聲變得前所未有的容易，而這是目前其他測試設(shè)備無能為力的。
除了標(biāo)準(zhǔn)的RF功率電平觸發(fā)以外，可選模塊(MDO4TRIG)還支持將RF功率電平作為基礎(chǔ)的其他觸發(fā)類型，使客戶能夠進(jìn)一步隔離RF事件。用戶能夠按照具體脈沖寬度進(jìn)行觸發(fā)，或者尋找超時事件或欠幅脈沖，甚至將RF輸入包括在與模擬和數(shù)字通道一起定義的邏輯模式之中。MDO4000允許按用戶設(shè)置的任何條件進(jìn)行觸發(fā)而不受信號的模擬、數(shù)字、RF或其任何組合形式性質(zhì)的影響亦屬業(yè)內(nèi)首創(chuàng)。
“我們相信MDO4000系列是過去20年來示波器市場最具革命意義的產(chǎn)品，它第一次突破了時域和頻域間的障礙，”泰克時域業(yè)務(wù)總經(jīng)理RoySiegel表示，“它從根本上改變了RF設(shè)計調(diào)試，在RF設(shè)計調(diào)試中，工程師需要將頻域中的事件與引起這些事件的時域現(xiàn)象關(guān)聯(lián)起來。如同混合信號示波器(MSO)是嵌入式設(shè)計測試的標(biāo)準(zhǔn)工具一樣，我們期待混合域示波器成為日益增加的帶有RF功能設(shè)計的新標(biāo)準(zhǔn)。”
事實上，類似的新興技術(shù)和應(yīng)用需求正在不斷涌現(xiàn)，示波器廠商必須及時提供恰當(dāng)?shù)呐涮诇y試解決方案。新興技術(shù)和創(chuàng)新應(yīng)用的測試測量需求正推動示波器行業(yè)的技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新。
帶寬是一種用于比較一臺儀器和另一臺儀器差別的簡單方式——具有最高帶寬的那臺一定是最好的，對嗎?可以肯定的是，帶寬是很重要的，對于高速應(yīng)用而言，高帶寬是必需的。數(shù)家主要的FPGA制造商已經(jīng)計劃今年推出集成28Gbps發(fā)送機(jī)的平臺，這就需要示波器能夠檢定平臺產(chǎn)生的22皮秒上升時間信號;在光通信市場中，以太網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展到4×25G(100GbE)，設(shè)計人員需要能夠使用高達(dá)32Gbps的比特率對信號進(jìn)行測試。
雖然當(dāng)評估示波器時，帶寬曾經(jīng)是客戶和銷售商關(guān)注的“關(guān)鍵指標(biāo)”，然而捕獲和分析當(dāng)今最快串行和光信號所需要的精確度(即測量精確度和信號完整性)已經(jīng)成為當(dāng)前最重要的因素。然而，示波器的真正目的是要盡可能準(zhǔn)確地顯示感興趣的信號，而且背后更為復(fù)雜，涉及儀器的基本設(shè)計、探頭架構(gòu)和連接配件、以及帶寬之外的參數(shù)(包括上升時間、采樣率和抖動本底噪聲)。
高速信號很容易產(chǎn)生信號完整性問題，因為它們涉及快沿和極窄的單位間隔或位次(bittimes)。隨著通信鏈路數(shù)據(jù)速率的增加，將增加兩件事的發(fā)生：用戶設(shè)計裕量縮小，信號上升時間減少。而測試儀器的引入，將不可避免對信號質(zhì)量產(chǎn)生影響，比如幅度的衰減、上升時間的減緩等等，使得原本緊張的余量雪上加霜。這就對儀器本身提出了更高的要求。
示波器的上升時間越快，測量到的上升時間會越準(zhǔn)確。但是，當(dāng)示波器的帶寬或上升時間和信號的上升時間彼此更接近時，會怎樣呢?有人曾用經(jīng)驗法則(如0.35/上升時間)來計算所需的示波器帶寬，但這種經(jīng)驗法則只適用于某些示波器的前端設(shè)計，并且通常不適用于為高速串行數(shù)據(jù)速率和伴隨的快速上升時間而優(yōu)化過的當(dāng)今前端設(shè)計。
應(yīng)當(dāng)注意的是，具有相同帶寬性能的兩臺示波器可以具有完全不同的上升時間、振幅和相位響應(yīng)。所以，僅了解示波器的帶寬無法可靠地揭示出其測量性能。此外，通過計算確定的上升時間可能也不準(zhǔn)確。了解示波器上升和下降時間響應(yīng)的最可靠方法是使用一個理想的階躍信號對其進(jìn)行測量，該理想的階躍信號比被測示波器信號快很多。[!--empirenews.page--]
在使用泰克新DPO/DSA73304D的情況下，使用這種方法確定9ps的上升時間。但是，信號速度可以被測量的意思是什么呢?根據(jù)正確的經(jīng)驗法則，信號上升時間與示波器上升時間的比值為2x或>18ps。事實證明，對于當(dāng)今最快的FPGA設(shè)計中使用的28Gbps的串行解串器(SerDes)而言，這是指定的上升時間。
再讓我們看看另一個關(guān)鍵性能因素——示波器的實時采樣率。因為更快的采樣率帶來更多的波形細(xì)節(jié)，所以這一因素非常重要。另一方面，對最快的信號而言，采樣率不足可能會導(dǎo)致欠采樣。此DPO/DSA73304D提供一流領(lǐng)先的采樣率性能。利用交錯技術(shù)提供采樣率性能，此種交錯技術(shù)使用8路采樣/保持方法，將雜散高頻的影響降至最低。
據(jù)媒體報道，英特爾已經(jīng)開始為邁入7納米的半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行部署。摩爾定律還在持續(xù)發(fā)揮它的神奇魔力，未來示波器的高帶寬、高精度的市場競爭將依然繼續(xù)。
表面波瀾不驚的示波器行業(yè)近年來也在上演日益激烈的競爭，半導(dǎo)體、通信、消費(fèi)電子等行業(yè)催生出的新技術(shù)，無不需要與之匹配的工具。產(chǎn)品升級、推陳出新也在出現(xiàn)加快的趨勢，革新性產(chǎn)品時有所見。
就在過去的八月，示波器領(lǐng)導(dǎo)廠商泰克科技在一個月內(nèi)高調(diào)發(fā)布了兩款新產(chǎn)品：業(yè)界精確度最高的33GHz全通道帶寬示波器DPO/DSA70000D系列，以及具有革命意義的全球首款混合域示波器MDO4000系列。這兩款產(chǎn)品堪稱扔在示波器行業(yè)的兩枚重磅炸彈，將在全球示波器行業(yè)引起持續(xù)的震動，對示波器行業(yè)發(fā)展趨勢的影響值得觀察。
新興應(yīng)用催生示波器類別革新——更快的解決方案
通常情況下，一位工程師要么是混合信號/數(shù)字信號工程師，要么是射頻信號工程師。隨著WiFi、ZigBee、藍(lán)牙、RFID等無線應(yīng)用進(jìn)入到日益增多的嵌入式系統(tǒng)中，越來越多的工程師需要同時面對數(shù)字電路和射頻電路設(shè)計，設(shè)計工程師必須同時處理這兩個領(lǐng)域。當(dāng)前，超過60%的示波器用戶還使用頻譜分析儀來解決擁有無線功能嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計問題，這要求他們同時在時域和頻域下工作。對于這些系統(tǒng)的眾多設(shè)計工程師來說，同時解決射頻和數(shù)字信號的測試分析成為了一種新的測試需求。
“控制信號打開到所需幅度的頻率，其時間測量至關(guān)重要，我希望示波器可以幫助我完成該測量”
“如果能有分屏顯示功能，同時查看頻域和時域，并看到相應(yīng)的射頻響應(yīng)，這將極大地節(jié)省時間”
“我主要用示波器查看基于時間的RF電路/調(diào)制活動，希望有一款產(chǎn)品能幫助我觀測整個時段的調(diào)頻”
……
近年來隨著像NFC、物聯(lián)網(wǎng)等新興應(yīng)用的風(fēng)生水起，類似的這些實實在在的測試需求大量增加，這些應(yīng)用需求催生了混合域示波器(泰克MDO4000)這一開創(chuàng)性的示波器新類別，集示波器和頻譜分析儀功能于一臺儀器，提供時間相關(guān)的模擬、數(shù)字和射頻信號觀測。
全面系統(tǒng)可視化的混合域示波器捕獲時間相關(guān)的模擬、數(shù)字和RF信號，并了解RF頻譜隨時間變化。
MDO4000遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了傳統(tǒng)頻譜分析儀的功能，允許用戶捕獲4個模擬、16個數(shù)字和1個RF通道上的時間相關(guān)模擬、數(shù)字和RF信號，并在所有中心頻率提供≥1GHz的捕獲帶寬，比典型頻譜分析儀高100倍。由于實現(xiàn)了時間相關(guān)的多域顯示，工程師現(xiàn)在能夠進(jìn)行準(zhǔn)確的定時測量，以了解其設(shè)計中的時域命令/控制事件間的延遲和時延在頻域上引起的變化。另外，由于MDO4000能夠提供時域和頻域時間相關(guān)的完整系統(tǒng)級觀測，所以尋找間歇性EMI噪聲和元器件狀態(tài)帶來的EMI噪聲變得前所未有的容易，而這是目前其他測試設(shè)備無能為力的。
除了標(biāo)準(zhǔn)的RF功率電平觸發(fā)以外，可選模塊(MDO4TRIG)還支持將RF功率電平作為基礎(chǔ)的其他觸發(fā)類型，使客戶能夠進(jìn)一步隔離RF事件。用戶能夠按照具體脈沖寬度進(jìn)行觸發(fā)，或者尋找超時事件或欠幅脈沖，甚至將RF輸入包括在與模擬和數(shù)字通道一起定義的邏輯模式之中。MDO4000允許按用戶設(shè)置的任何條件進(jìn)行觸發(fā)而不受信號的模擬、數(shù)字、RF或其任何組合形式性質(zhì)的影響亦屬業(yè)內(nèi)首創(chuàng)。
“我們相信MDO4000系列是過去20年來示波器市場最具革命意義的產(chǎn)品，它第一次突破了時域和頻域間的障礙，”泰克時域業(yè)務(wù)總經(jīng)理RoySiegel表示，“它從根本上改變了RF設(shè)計調(diào)試，在RF設(shè)計調(diào)試中，工程師需要將頻域中的事件與引起這些事件的時域現(xiàn)象關(guān)聯(lián)起來。如同混合信號示波器(MSO)是嵌入式設(shè)計測試的標(biāo)準(zhǔn)工具一樣，我們期待混合域示波器成為日益增加的帶有RF功能設(shè)計的新標(biāo)準(zhǔn)。”
事實上，類似的新興技術(shù)和應(yīng)用需求正在不斷涌現(xiàn)，示波器廠商必須及時提供恰當(dāng)?shù)呐涮诇y試解決方案。新興技術(shù)和創(chuàng)新應(yīng)用的測試測量需求正推動示波器行業(yè)的技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新。
帶寬是一種用于比較一臺儀器和另一臺儀器差別的簡單方式——具有最高帶寬的那臺一定是最好的，對嗎?可以肯定的是，帶寬是很重要的，對于高速應(yīng)用而言，高帶寬是必需的。數(shù)家主要的FPGA制造商已經(jīng)計劃今年推出集成28Gbps發(fā)送機(jī)的平臺，這就需要示波器能夠檢定平臺產(chǎn)生的22皮秒上升時間信號;在光通信市場中，以太網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展到4×25G(100GbE)，設(shè)計人員需要能夠使用高達(dá)32Gbps的比特率對信號進(jìn)行測試。
雖然當(dāng)評估示波器時，帶寬曾經(jīng)是客戶和銷售商關(guān)注的“關(guān)鍵指標(biāo)”，然而捕獲和分析當(dāng)今最快串行和光信號所需要的精確度(即測量精確度和信號完整性)已經(jīng)成為當(dāng)前最重要的因素。然而，示波器的真正目的是要盡可能準(zhǔn)確地顯示感興趣的信號，而且背后更為復(fù)雜，涉及儀器的基本設(shè)計、探頭架構(gòu)和連接配件、以及帶寬之外的參數(shù)(包括上升時間、采樣率和抖動本底噪聲)。
高速信號很容易產(chǎn)生信號完整性問題，因為它們涉及快沿和極窄的單位間隔或位次(bittimes)。隨著通信鏈路數(shù)據(jù)速率的增加，將增加兩件事的發(fā)生：用戶設(shè)計裕量縮小，信號上升時間減少。而測試儀器的引入，將不可避免對信號質(zhì)量產(chǎn)生影響，比如幅度的衰減、上升時間的減緩等等，使得原本緊張的余量雪上加霜。這就對儀器本身提出了更高的要求。
示波器的上升時間越快，測量到的上升時間會越準(zhǔn)確。但是，當(dāng)示波器的帶寬或上升時間和信號的上升時間彼此更接近時，會怎樣呢?有人曾用經(jīng)驗法則(如0.35/上升時間)來計算所需的示波器帶寬，但這種經(jīng)驗法則只適用于某些示波器的前端設(shè)計，并且通常不適用于為高速串行數(shù)據(jù)速率和伴隨的快速上升時間而優(yōu)化過的當(dāng)今前端設(shè)計。
應(yīng)當(dāng)注意的是，具有相同帶寬性能的兩臺示波器可以具有完全不同的上升時間、振幅和相位響應(yīng)。所以，僅了解示波器的帶寬無法可靠地揭示出其測量性能。此外，通過計算確定的上升時間可能也不準(zhǔn)確。了解示波器上升和下降時間響應(yīng)的最可靠方法是使用一個理想的階躍信號對其進(jìn)行測量，該理想的階躍信號比被測示波器信號快很多。[!--empirenews.page--]
在使用泰克新DPO/DSA73304D的情況下，使用這種方法確定9ps的上升時間。但是，信號速度可以被測量的意思是什么呢?根據(jù)正確的經(jīng)驗法則，信號上升時間與示波器上升時間的比值為2x或>18ps。事實證明，對于當(dāng)今最快的FPGA設(shè)計中使用的28Gbps的串行解串器(SerDes)而言，這是指定的上升時間。
再讓我們看看另一個關(guān)鍵性能因素——示波器的實時采樣率。因為更快的采樣率帶來更多的波形細(xì)節(jié)，所以這一因素非常重要。另一方面，對最快的信號而言，采樣率不足可能會導(dǎo)致欠采樣。此DPO/DSA73304D提供一流領(lǐng)先的采樣率性能。利用交錯技術(shù)提供采樣率性能，此種交錯技術(shù)使用8路采樣/保持方法，將雜散高頻的影響降至最低。
據(jù)媒體報道，英特爾已經(jīng)開始為邁入7納米的半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行部署。摩爾定律還在持續(xù)發(fā)揮它的神奇魔力，未來示波器的高帶寬、高精度的市場競爭將依然繼續(xù)。
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