混合域示波器 引爆測(cè)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(dòng)電子設(shè)備向下一代升級(jí)的所有趨勢(shì)。數(shù)字示波器在上世紀(jì)90年代初面世時(shí)，模擬示波器在一段時(shí)間內(nèi)依舊是這一市場(chǎng)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(dòng)電子設(shè)備向下一代升級(jí)的所有趨勢(shì)。數(shù)字示波器在上世紀(jì)90年代初面世時(shí)，模擬示波器在一段時(shí)間內(nèi)依舊是這一市場(chǎng)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(jià)的通用數(shù)字示波器，在其前端都設(shè)計(jì)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(jìng)爭(zhēng)，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(jí)、推陳出新也在出現(xiàn)加快的趨勢(shì)，革新性產(chǎn)品時(shí)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(gè)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(dòng)，對(duì)示波器行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)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(hào)/數(shù)字信號(hào)工程師，要么是射頻信號(hào)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(shí)面對(duì)數(shù)字電路和射頻電路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)工程師必須同時(shí)處理這兩個(gè)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(jì)問題，這要求他們同時(shí)在時(shí)域和頻域下工作。對(duì)于這些系統(tǒng)的眾多設(shè)計(jì)工程師來說，同時(shí)解決射頻和數(shù)字信號(hào)的測(cè)試分析成為了一種新的測(cè)試需求。
“控制信號(hào)打開到所需幅度的頻率，其時(shí)間測(cè)量至關(guān)重要，我希望示波器可以幫助我完成該測(cè)量”
“如果能有分屏顯示功能，同時(shí)查看頻域和時(shí)域，并看到相應(yīng)的射頻響應(yīng)，這將極大地節(jié)省時(shí)間”
“我主要用示波器查看基于時(shí)間的RF電路/調(diào)制活動(dòng)，希望有一款產(chǎn)品能幫助我觀測(cè)整個(gè)時(shí)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(shí)實(shí)在在的測(cè)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(tái)儀器，提供時(shí)間相關(guān)的模擬、數(shù)字和射頻信號(hào)觀測(cè)。
全面系統(tǒng)可視化的混合域示波器捕獲時(shí)間相關(guān)的模擬、數(shù)字和RF信號(hào)，并了解RF頻譜隨時(shí)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(gè)模擬、16個(gè)數(shù)字和1個(gè)RF通道上的時(shí)間相關(guān)模擬、數(shù)字和RF信號(hào)，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(shí)現(xiàn)了時(shí)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(shí)測(cè)量，以了解其設(shè)計(jì)中的時(shí)域命令/控制事件間的延遲和時(shí)延在頻域上引起的變化。另外，由于MDO4000能夠提供時(shí)域和頻域時(shí)間相關(guān)的完整系統(tǒng)級(jí)觀測(cè)，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(cè)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(shí)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(hào)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(chǎng)最具革命意義的產(chǎn)品，它第一次突破了時(shí)域和頻域間的障礙，”泰克時(shí)域業(yè)務(wù)總經(jīng)理RoySiegel表示，“它從根本上改變了RF設(shè)計(jì)調(diào)試，在RF設(shè)計(jì)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(shí)域現(xiàn)象關(guān)聯(lián)起來。如同混合信號(hào)示波器(MSO)是嵌入式設(shè)計(jì)測(cè)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(jì)的新標(biāo)準(zhǔn)?！?BR>
事實(shí)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(shí)提供恰當(dāng)?shù)呐涮诇y(cè)試解決方案。新興技術(shù)和創(chuàng)新應(yīng)用的測(cè)試測(cè)量需求正推動(dòng)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(tái)儀器和另一臺(tái)儀器差別的簡(jiǎn)單方式——具有最高帶寬的那臺(tái)一定是最好的，對(duì)嗎?可以肯定的是，帶寬是很重要的，對(duì)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(jì)劃今年推出集成28Gbps發(fā)送機(jī)的平臺(tái)，這就需要示波器能夠檢定平臺(tái)產(chǎn)生的22皮秒上升時(shí)間信號(hào);在光通信市場(chǎng)中，以太網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展到4×25G(100GbE)，設(shè)計(jì)人員需要能夠使用高達(dá)32Gbps的比特率對(duì)信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。
雖然當(dāng)評(píng)估示波器時(shí)，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(hào)所需要的精確度(即測(cè)量精確度和信號(hào)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(hào)，而且背后更為復(fù)雜，涉及儀器的基本設(shè)計(jì)、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(shí)間、采樣率和抖動(dòng)本底噪聲)。
高速信號(hào)很容易產(chǎn)生信號(hào)完整性問題，因?yàn)樗鼈兩婕翱煅睾蜆O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(jì)裕量縮小，信號(hào)上升時(shí)間減少。而測(cè)試儀器的引入，將不可避免對(duì)信號(hào)質(zhì)量產(chǎn)生影響，比如幅度的衰減、上升時(shí)間的減緩等等，使得原本緊張的余量雪上加霜。這就對(duì)儀器本身提出了更高的要求。
示波器的上升時(shí)間越快，測(cè)量到的上升時(shí)間會(huì)越準(zhǔn)確。但是，當(dāng)示波器的帶寬或上升時(shí)間和信號(hào)的上升時(shí)間彼此更接近時(shí)，會(huì)怎樣呢?有人曾用經(jīng)驗(yàn)法則(如0.35/上升時(shí)間)來計(jì)算所需的示波器帶寬，但這種經(jīng)驗(yàn)法則只適用于某些示波器的前端設(shè)計(jì)，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(shí)間而優(yōu)化過的當(dāng)今前端設(shè)計(jì)。
應(yīng)當(dāng)注意的是，具有相同帶寬性能的兩臺(tái)示波器可以具有完全不同的上升時(shí)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(cè)量性能。此外，通過計(jì)算確定的上升時(shí)間可能也不準(zhǔn)確。了解示波器上升和下降時(shí)間響應(yīng)的最可靠方法是使用一個(gè)理想的階躍信號(hào)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，該理想的階躍信號(hào)比被測(cè)示波器信號(hào)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(shí)間。但是，信號(hào)速度可以被測(cè)量的意思是什么呢?根據(jù)正確的經(jīng)驗(yàn)法則，信號(hào)上升時(shí)間與示波器上升時(shí)間的比值為2x或>18ps。事實(shí)證明，對(duì)于當(dāng)今最快的FPGA設(shè)計(jì)中使用的28Gbps的串行解串器(SerDes)而言，這是指定的上升時(shí)間。
再讓我們看看另一個(gè)關(guān)鍵性能因素——示波器的實(shí)時(shí)采樣率。因?yàn)楦斓牟蓸勇蕩砀嗟牟ㄐ渭?xì)節(jié)，所以這一因素非常重要。另一方面，對(duì)最快的信號(hào)而言，采樣率不足可能會(huì)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(cuò)技術(shù)提供采樣率性能，此種交錯(cuò)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(bào)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(jìng)爭(zhēng)，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(jí)、推陳出新也在出現(xiàn)加快的趨勢(shì)，革新性產(chǎn)品時(shí)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(gè)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(dòng)，對(duì)示波器行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)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(hào)/數(shù)字信號(hào)工程師，要么是射頻信號(hào)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(shí)面對(duì)數(shù)字電路和射頻電路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)工程師必須同時(shí)處理這兩個(gè)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(jì)問題，這要求他們同時(shí)在時(shí)域和頻域下工作。對(duì)于這些系統(tǒng)的眾多設(shè)計(jì)工程師來說，同時(shí)解決射頻和數(shù)字信號(hào)的測(cè)試分析成為了一種新的測(cè)試需求。
“控制信號(hào)打開到所需幅度的頻率，其時(shí)間測(cè)量至關(guān)重要，我希望示波器可以幫助我完成該測(cè)量”
“如果能有分屏顯示功能，同時(shí)查看頻域和時(shí)域，并看到相應(yīng)的射頻響應(yīng)，這將極大地節(jié)省時(shí)間”
“我主要用示波器查看基于時(shí)間的RF電路/調(diào)制活動(dòng)，希望有一款產(chǎn)品能幫助我觀測(cè)整個(gè)時(shí)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(shí)實(shí)在在的測(cè)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(tái)儀器，提供時(shí)間相關(guān)的模擬、數(shù)字和射頻信號(hào)觀測(cè)。
全面系統(tǒng)可視化的混合域示波器捕獲時(shí)間相關(guān)的模擬、數(shù)字和RF信號(hào)，并了解RF頻譜隨時(shí)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(gè)模擬、16個(gè)數(shù)字和1個(gè)RF通道上的時(shí)間相關(guān)模擬、數(shù)字和RF信號(hào)，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(shí)現(xiàn)了時(shí)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(shí)測(cè)量，以了解其設(shè)計(jì)中的時(shí)域命令/控制事件間的延遲和時(shí)延在頻域上引起的變化。另外，由于MDO4000能夠提供時(shí)域和頻域時(shí)間相關(guān)的完整系統(tǒng)級(jí)觀測(cè)，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(cè)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(shí)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(hào)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(chǎng)最具革命意義的產(chǎn)品，它第一次突破了時(shí)域和頻域間的障礙，”泰克時(shí)域業(yè)務(wù)總經(jīng)理RoySiegel表示，“它從根本上改變了RF設(shè)計(jì)調(diào)試，在RF設(shè)計(jì)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(shí)域現(xiàn)象關(guān)聯(lián)起來。如同混合信號(hào)示波器(MSO)是嵌入式設(shè)計(jì)測(cè)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(jì)的新標(biāo)準(zhǔn)?！?BR>
事實(shí)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(shí)提供恰當(dāng)?shù)呐涮诇y(cè)試解決方案。新興技術(shù)和創(chuàng)新應(yīng)用的測(cè)試測(cè)量需求正推動(dòng)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(tái)儀器和另一臺(tái)儀器差別的簡(jiǎn)單方式——具有最高帶寬的那臺(tái)一定是最好的，對(duì)嗎?可以肯定的是，帶寬是很重要的，對(duì)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(jì)劃今年推出集成28Gbps發(fā)送機(jī)的平臺(tái)，這就需要示波器能夠檢定平臺(tái)產(chǎn)生的22皮秒上升時(shí)間信號(hào);在光通信市場(chǎng)中，以太網(wǎng)已經(jīng)發(fā)展到4×25G(100GbE)，設(shè)計(jì)人員需要能夠使用高達(dá)32Gbps的比特率對(duì)信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。
雖然當(dāng)評(píng)估示波器時(shí)，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(hào)所需要的精確度(即測(cè)量精確度和信號(hào)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(hào)，而且背后更為復(fù)雜，涉及儀器的基本設(shè)計(jì)、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(shí)間、采樣率和抖動(dòng)本底噪聲)。
高速信號(hào)很容易產(chǎn)生信號(hào)完整性問題，因?yàn)樗鼈兩婕翱煅睾蜆O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(jì)裕量縮小，信號(hào)上升時(shí)間減少。而測(cè)試儀器的引入，將不可避免對(duì)信號(hào)質(zhì)量產(chǎn)生影響，比如幅度的衰減、上升時(shí)間的減緩等等，使得原本緊張的余量雪上加霜。這就對(duì)儀器本身提出了更高的要求。
示波器的上升時(shí)間越快，測(cè)量到的上升時(shí)間會(huì)越準(zhǔn)確。但是，當(dāng)示波器的帶寬或上升時(shí)間和信號(hào)的上升時(shí)間彼此更接近時(shí)，會(huì)怎樣呢?有人曾用經(jīng)驗(yàn)法則(如0.35/上升時(shí)間)來計(jì)算所需的示波器帶寬，但這種經(jīng)驗(yàn)法則只適用于某些示波器的前端設(shè)計(jì)，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(shí)間而優(yōu)化過的當(dāng)今前端設(shè)計(jì)。
應(yīng)當(dāng)注意的是，具有相同帶寬性能的兩臺(tái)示波器可以具有完全不同的上升時(shí)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(cè)量性能。此外，通過計(jì)算確定的上升時(shí)間可能也不準(zhǔn)確。了解示波器上升和下降時(shí)間響應(yīng)的最可靠方法是使用一個(gè)理想的階躍信號(hào)對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，該理想的階躍信號(hào)比被測(cè)示波器信號(hào)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(shí)間。但是，信號(hào)速度可以被測(cè)量的意思是什么呢?根據(jù)正確的經(jīng)驗(yàn)法則，信號(hào)上升時(shí)間與示波器上升時(shí)間的比值為2x或>18ps。事實(shí)證明，對(duì)于當(dāng)今最快的FPGA設(shè)計(jì)中使用的28Gbps的串行解串器(SerDes)而言，這是指定的上升時(shí)間。
再讓我們看看另一個(gè)關(guān)鍵性能因素——示波器的實(shí)時(shí)采樣率。因?yàn)楦斓牟蓸勇蕩砀嗟牟ㄐ渭?xì)節(jié)，所以這一因素非常重要。另一方面，對(duì)最快的信號(hào)而言，采樣率不足可能會(huì)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(cuò)技術(shù)提供采樣率性能，此種交錯(cuò)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(bào)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將依然繼續(xù)。
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