[導讀]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備向下一代升級的所有趨勢。數(shù)字示波器在上世紀90年代初面世時，模擬示波器在一段時間內依舊是這一市場的主流產品。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備向下一代升級的所有趨勢。數(shù)字示波器在上世紀90年代初面世時，模擬示波器在一段時間內依舊是這一市場的主流產品。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，進行更多的分析和比較，亦無法將波形數(shù)據(jù)轉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?，不禁驚嘆于如今技術所達到的高度。
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，半導體、通信、消費電子等行業(yè)催生出的新技術，無不需要與之匹配的工具。產品升級、推陳出新也在出現(xiàn)加快的趨勢，革新性產品時有所見。
就在過去的八月，示波器領導廠商泰克科技在一個月內高調發(fā)布了兩款新產品：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、藍牙、RFID等無線應用進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計，設計工程師必須同時處理這兩個領域。當前，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，并看到相應的射頻響應，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/調制活動，希望有一款產品能幫助我觀測整個時段的調頻”
……
近年來隨著像NFC、物聯(lián)網(wǎng)等新興應用的風生水起，類似的這些實實在在的測試需求大量增加，這些應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的模擬、數(shù)字和RF信號，并了解RF頻譜隨時間變化。
MDO4000遠遠超越了傳統(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)了時間相關的多域顯示，工程師現(xiàn)在能夠進行準確的定時測量，以了解其設計中的時域命令/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備無能為力的。
除了標準的RF功率電平觸發(fā)以外，可選模塊(MDO4TRIG)還支持將RF功率電平作為基礎的其他觸發(fā)類型，使客戶能夠進一步隔離RF事件。用戶能夠按照具體脈沖寬度進行觸發(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允許按用戶設置的任何條件進行觸發(fā)而不受信號的模擬、數(shù)字、RF或其任何組合形式性質的影響亦屬業(yè)內首創(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品，它第一次突破了時域和頻域間的障礙，”泰克時域業(yè)務總經(jīng)理RoySiegel表示，“它從根本上改變了RF設計調試，在RF設計調試中，工程師需要將頻域中的事件與引起這些事件的時域現(xiàn)象關聯(lián)起來。如同混合信號示波器(MSO)是嵌入式設計測試的標準工具一樣，我們期待混合域示波器成為日益增加的帶有RF功能設計的新標準。”
事實上，類似的新興技術和應用需求正在不斷涌現(xiàn)，示波器廠商必須及時提供恰當?shù)呐涮诇y試解決方案。新興技術和創(chuàng)新應用的測試測量需求正推動示波器行業(yè)的技術和產品創(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)送機的平臺，這就需要示波器能夠檢定平臺產生的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)，設計人員需要能夠使用高達32Gbps的比特率對信號進行測試。
雖然當評估示波器時，帶寬曾經(jīng)是客戶和銷售商關注的“關鍵指標”，然而捕獲和分析當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)成為當前最重要的因素。然而，示波器的真正目的是要盡可能準確地顯示感興趣的信號，而且背后更為復雜，涉及儀器的基本設計、探頭架構和連接配件、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量產生影響，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確。但是，當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)化過的當今前端設計。
應當注意的是，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。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確。了解示波器上升和下降時間響應的最可靠方法是使用一個理想的階躍信號對其進行測量，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，對于當今最快的FPGA設計中使用的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致欠采樣。此DPO/DSA73304D提供一流領先的采樣率性能。利用交錯技術提供采樣率性能，此種交錯技術使用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納米的半導體生產工藝節(jié)點進行部署。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，半導體、通信、消費電子等行業(yè)催生出的新技術，無不需要與之匹配的工具。產品升級、推陳出新也在出現(xiàn)加快的趨勢，革新性產品時有所見。
就在過去的八月，示波器領導廠商泰克科技在一個月內高調發(fā)布了兩款新產品：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、藍牙、RFID等無線應用進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計，設計工程師必須同時處理這兩個領域。當前，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，并看到相應的射頻響應，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/調制活動，希望有一款產品能幫助我觀測整個時段的調頻”
……
近年來隨著像NFC、物聯(lián)網(wǎng)等新興應用的風生水起，類似的這些實實在在的測試需求大量增加，這些應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的模擬、數(shù)字和RF信號，并了解RF頻譜隨時間變化。
MDO4000遠遠超越了傳統(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)了時間相關的多域顯示，工程師現(xiàn)在能夠進行準確的定時測量，以了解其設計中的時域命令/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備無能為力的。
除了標準的RF功率電平觸發(fā)以外，可選模塊(MDO4TRIG)還支持將RF功率電平作為基礎的其他觸發(fā)類型，使客戶能夠進一步隔離RF事件。用戶能夠按照具體脈沖寬度進行觸發(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允許按用戶設置的任何條件進行觸發(fā)而不受信號的模擬、數(shù)字、RF或其任何組合形式性質的影響亦屬業(yè)內首創(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品，它第一次突破了時域和頻域間的障礙，”泰克時域業(yè)務總經(jīng)理RoySiegel表示，“它從根本上改變了RF設計調試，在RF設計調試中，工程師需要將頻域中的事件與引起這些事件的時域現(xiàn)象關聯(lián)起來。如同混合信號示波器(MSO)是嵌入式設計測試的標準工具一樣，我們期待混合域示波器成為日益增加的帶有RF功能設計的新標準。”
事實上，類似的新興技術和應用需求正在不斷涌現(xiàn)，示波器廠商必須及時提供恰當?shù)呐涮诇y試解決方案。新興技術和創(chuàng)新應用的測試測量需求正推動示波器行業(yè)的技術和產品創(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)送機的平臺，這就需要示波器能夠檢定平臺產生的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)，設計人員需要能夠使用高達32Gbps的比特率對信號進行測試。
雖然當評估示波器時，帶寬曾經(jīng)是客戶和銷售商關注的“關鍵指標”，然而捕獲和分析當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)成為當前最重要的因素。然而，示波器的真正目的是要盡可能準確地顯示感興趣的信號，而且背后更為復雜，涉及儀器的基本設計、探頭架構和連接配件、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量產生影響，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確。但是，當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)化過的當今前端設計。
應當注意的是，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。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確。了解示波器上升和下降時間響應的最可靠方法是使用一個理想的階躍信號對其進行測量，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，對于當今最快的FPGA設計中使用的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致欠采樣。此DPO/DSA73304D提供一流領先的采樣率性能。利用交錯技術提供采樣率性能，此種交錯技術使用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納米的半導體生產工藝節(jié)點進行部署。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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