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示波器信号时间混合域示波器 引爆测量领域新革命

工欲善其事,必先利其器。透过示波器,我们能窥见推动电子设备向下一代升级的所有趋势。数字示波器在上世纪90年代初面世时,模拟示波器在一段时间内依旧是这一市场的主流产品。就在不久之前,一名工程师还必须将示波器某一屏幕的内容打印出来,以捕获所发生的情况。他们无法保存波形,以便日后加载,进行更多的分析和比较,亦无法将波形数据转移到自己的电脑桌面用于分析。唯一的解决办法就只能打印成图片。如今,即便是最廉价的通用数字示波器,在其前端都设计有可轻松保存屏幕截图和波形的USB接口。回顾通用示波器的演变,不禁惊叹于如今技术所达到的高度。

表面波澜不惊的示波器行业近年来也在上演日益激烈的竞争,半导体、通信、消费电子等行业催生出的新技术,无不需要与之匹配的工具。产品升级、推陈出新也在出现加快的趋势,革新性产品时有所见。

就在过去的八月,示波器领导厂商泰克科技在一个月内高调发布了两款新产品:业界精确度最高的33GHz全通道带宽示波器DPO/DSA70000D系列;以及具有革命意义的全球首款混合域示波器MDO4000系列。这两款产品堪称扔在示波器行业的两枚重磅炸弹,将在全球示波器行业引起持续的震动,对示波器行业发展趋势的影响值得观察。

示波器

a.全球首款混合信号域示波器MDO4000 b.最新DPO/DSA70000D系列示波器

新兴应用催生示波器类别革新——更快的解决方案

通常情况下,一位工程师要么是混合信号/数字信号工程师,要么是射频信号工程师。随着WiFi、ZigBee、蓝牙、RFID等无线应用进入到日益增多的嵌入式系统中,越来越多的工程师需要同时面对数字电路和射频电路设计,设计工程师必须同时处理这两个领域。当前,超过60%的示波器用户还使用频谱分析仪来解决拥有无线功能嵌入式系统的设计问题,这要求他们同时在时域和频域下工作。对于这些系统的众多设计工程师来说,同时解决射频和数字信号的测试分析成为了一种新的测试需求。

“控制信号打开到所需幅度的频率,其时间测量至关重要,我希望示波器可以帮助我完成该测量”

“如果能有分屏显示功能,同时查看频域和时域,并看到相应的射频响应,这将极大地节省时间”

“我主要用示波器查看基于时间的RF电路/调制活动,希望有一款产品能帮助我观测整个时段的调频”

……

示波器

近年来随着像NFC、物联网等新兴应用的风生水起,类似的这些实实在在的测试需求大量增加,这些应用需求催生了混合域示波器(泰克MDO4000)这一开创性的示波器新类别,集示波器和频谱分析仪功能于一台仪器,提供时间相关的模拟、数字和射频信号观测。

全面系统可视化的混合域示波器捕获时间相关的模拟、数字和RF信号,并了解RF频谱随时间变化。

MDO4000远远超越了传统频谱分析仪的功能,允许用户捕获4个模拟、16个数字和1个RF通道上的时间相关模拟、数字和RF信号,并在所有中心频率提供≥1GHz的捕获带宽,比典型频谱分析仪高100倍。由于实现了时间相关的多域显示,工程师现在能够进行准确的定时测量,以了解其设计中的时域命令/控制事件间的延迟和时延在频域上引起的变化。另外,由于MDO4000能够提供时域和频域时间相关的完整系统级观测,所以寻找间歇性EMI噪声和元器件状态带来的EMI噪声变得前所未有的容易,而这是目前其他测试设备无能为力的。

除了标准的RF功率电平触发以外,可选模块(MDO4TRIG)还支持将RF功率电平作为基础的其他触发类型,使客户能够进一步隔离RF事件。用户能够按照具体脉冲宽度进行触发,或者寻找超时事件或欠幅脉冲,甚至将RF输入包括在与模拟和数字通道一起定义的逻辑模式之中。MDO4000允许按用户设置的任何条件进行触发而不受信号的模拟、数字、RF或其任何组合形式性质的影响亦属业内首创。

“我们相信MDO4000系列是过去20年来示波器市场最具革命意义的产品,它第一次突破了时域和频域间的障碍,”泰克时域业务总经理RoySiegel表示,“它从根本上改变了RF设计调试,在RF设计调试中,工程师需要将频域中的事件与引起这些事件的时域现象关联起来。如同混合信号示波器(MSO)是嵌入式设计测试的标准工具一样,我们期待混合域示波器成为日益增加的带有RF功能设计的新标准。”

事实上,类似的新兴技术和应用需求正在不断涌现,示波器厂商必须及时提供恰当的配套测试解决方案。新兴技术和创新应用的测试测量需求正推动示波器行业的技术和产品创新。

带宽是一种用于比较一台仪器和另一台仪器差别的简单方式——具有最高带宽的那台一定是最好的,对吗?可以肯定的是,带宽是很重要的,对于高速应用而言,高带宽是必需的。数家主要的FPGA制造商已经计划今年推出集成28Gbps发送机的平台,这就需要示波器能够检定平台产生的22皮秒上升时间信号;在光通信市场中,以太网已经发展到4×25G(100GbE),设计人员需要能够使用高达32Gbps的比特率对信号进行测试……

虽然当评估示波器时,带宽曾经是客户和销售商关注的“关键指标”,然而捕获和分析当今最快串行和光信号所需要的精确度(即测量精确度和信号完整性)已经成为当前最重要的因素。然而,示波器的真正目的是要尽可能准确地显示感兴趣的信号,而且背后更为复杂,涉及仪器的基本设计、探头架构和连接配件、以及带宽之外的参数(包括上升时间、采样率和抖动本底噪声)。

高速信号很容易产生信号完整性问题,因为它们涉及快沿和极窄的单位间隔或位次(bittimes)。随着通信链路数据速率的增加,将增加两件事的发生:用户设计裕量缩小,信号上升时间减少。而测试仪器的引入,将不可避免对信号质量产生影响,比如幅度的衰减、上升时间的减缓等等,使得原本紧张的余量雪上加霜。这就对仪器本身提出了更高的要求。

示波器的上升时间越快,测量到的上升时间会越准确。但是,当示波器的带宽或上升时间和信号的上升时间彼此更接近时,会怎样呢?有人曾用经验法则(如0.35/上升时间)来计算所需的示波器带宽,但这种经验法则只适用于某些示波器的前端设计,并且通常不适用于为高速串行数据速率和伴随的快速上升时间而优化过的当今前端设计。

应当注意的是,具有相同带宽性能的两台示波器可以具有完全不同的上升时间、振幅和相位响应。所以,仅了解示波器的带宽无法可靠地揭示出其测量性能。此外,通过计算确定的上升时间可能也不准确。了解示波器上升和下降时间响应的最可靠方法是使用一个理想的阶跃信号对其进行测量,该理想的阶跃信号比被测示波器信号快很多。

在使用泰克新DPO/DSA73304D的情况下,使用这种方法确定9ps的上升时间。但是,信号速度可以被测量的意思是什么呢?根据正确的经验法则,信号上升时间与示波器上升时间的比值为2x或>18ps。事实证明,对于当今最快的FPGA设计中使用的28Gbps的串行解串器(SerDes)而言,这是指定的上升时间。

再让我们看看另一个关键性能因素——示波器的实时采样率。因为更快的采样率带来更多的波形细节,所以这一因素非常重要。另一方面,对最快的信号而言,采样率不足可能会导致欠采样。此DPO/DSA73304D提供一流领先的采样率性能。利用交错技术提供采样率性能,此种交错技术使用8路采样/保持方法,将杂散高频的影响降至最低。

示波器

据媒体报道,英特尔已经开始为迈入7纳米的半导体生产工艺节点进行部署。摩尔定律还在持续发挥它的神奇魔力,未来示波器的高带宽、高精度的市场竞争将依然继续。

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