因應新一代嵌入式系統與高速數位設計的資料傳輸速率越來越快,業界主要的量測方案供應商不斷開發出更高頻寬、更低雜訊的高效能示波器,並在取樣率、解析度、觸發與記憶體性能各方面持續精進,協助設計人員實現更準確的訊號完整性量測。

隨著系統變得更加智慧化並融入更多感測器,產生了龐大的高速資料與數據,嵌入式設計必須使用更快的時脈與高速串列匯流排來處理這些資料。而當設計人員致力於降低功耗,並確保為複雜的ASIC和FPGA提高訊號完整性的同時,伴隨而來的是新的電源技術以及為更小裝置測試微小訊號的要求——這些都需要高效能的示波器。

以目前市場上針對這一類高速串列、寬頻雷達、光通訊與高階嵌入式系統設計的高效能示波器來看,包括是德科技(Keysight Technologies)、太克科技(Tektronix)、羅德史瓦茲(Rohde & Schwarz;R&S)等設備供應商均一舉將儀器頻寬提高到8GHz、取樣率達到了20GS/s以上,並透過先進製程打造的ASIC,在觸發能力、解析度、記憶體深度、波形更新次數與通道數、甚至是儀器介面設計各方面,大幅提升高速設計的邊際效益。

高取樣率:一次擷取更多高速訊號

繼去年推出全新設計的5系列混合訊號示波器(MSO)獲得好評後,Tektronix乘勝追擊,發表效能閾值擴展至8GHz的6系列MSO,並在4通道上同時提供高達25GS/s的取樣率,讓設計人員可以一次查看多達4個高速訊號。

Tektronix中華區行銷業務協理張天生介紹,6系列MSO採用新型低雜訊前置放大器ASIC TEK061,支援突破性的低雜訊效能,較一般1mV/div的示波器降低75%以上,適用於小型嵌入式系統查看電源、電壓等快速與微小的訊號。此外,相較於目前市場上的示波器多半採用8位元ADC,6系列MSO採用12位元ADC支援高解析度模式,可查看更精細的訊號細節,進一步提高垂直解析度。

20180906NT31P1 Tektronix新型TEK061前端放大器支援最佳訊號完整性,能以高解析度擷取微小的訊號

張天生說,相較於市面上的同級示波器,6系列MSO示波器提供最高的取樣率——1~8GHz頻寬支援4個25GS/S,可同時用於4個8GHz頻寬的通道,立即擷取更多的高速訊號,顯著減少除錯時間。例如,使用者可同時查看和分析DDR3時脈和3個DDR3資料通道,減少在通道之間共享取樣系統的儀器完整分析設計特性所需的時間。此外,他強調,「這也是同級唯一全時全通道支援6/8GHz頻寬的儀器」。

6系列MSO的另一獨特功能是視覺觸發——透過「區域」(area)的方式來劃定觸發範圍,無需手動設定參數,從而節省了查找目標訊號的時間。使用圖形區域進行濾波(針對每個區域選擇In、Out或Don’t Care)時,支援長方形、三角形、梯形和六邊形等標準形狀或是自定形狀,也可以使用多個區域的邏輯表達方式,確定觸發條件。

在示波器的開發藍圖上,Tektronix從5系列MSO起採用HP第十代晶片製程打造ASIC,整合了ADC、Demux、放大器、觸發和數位擷取元件等多種測試功能,讓一台示波器提供類比與數位等多通道與高效能。儘管這款ASIC的規格因應現有需求切割至8GHz頻寬,但張天生預期,明年將在此平台基礎上進一步升級,推出更高頻寬與採樣率的新系列示波器。

即時去嵌入:確保訊號完整性

八年前才進入示波器市場的R&S在其基礎示波器產品線完備後,日前宣告正式進軍高階市場,期許透過新一代RTP高效能示波器,將創新能量帶入精準測試之列。

R&S示波器事業部專案經理張海秀介紹,RTP高效能示波器支援4/6/8GHz頻寬與20GS/s取樣率,在標準擷取模式下,每秒可量測1百萬個波形,比其他同級示波器更快千倍以上,讓工程師能即時發現錯誤,並透過即時去嵌入(de-embedding)技術,即時補償訊號源到示波器之間的傳輸損耗。

RTP新增的即時去嵌入技術採用靈活的濾波器結構,可在類比數位轉換後經由功能強大的處理元件對波形的傳輸路徑進行即時校正,並透過數位觸發系統以補償後的數位樣本進行觸發,讓工程師快速發現偶發性訊號故障,以及執行眼圖分析等除錯任務。

RTP高效能示波器涵蓋高速與高頻應用,包括高速匯流排(USB、PCIe、MIPI)等數位介面測試、DDR記憶體介面、電源管理元件,以及控制和編程匯流排(I2C、SPI等),也適用於系統除錯,確保訊號品質在傳輸過程中不受到系統電路板的影響。

此外,張海秀說:「RTP還有另一個別名稱為RF示波器,顧名思義是讓我們可以透過這款高頻寬示波器進入RF領域。在RF領域,RTP不僅僅扮演示波器量測角色,也可作為頻譜分析儀、VNA等分析儀器,聚焦於需要高頻量測的通訊、航太國防(A/D)的雷達與無人機等應用。」

張海秀強調,RTP採用陶瓷基板SoC打造全新的前端設計,使其得以支援高達16GHz的頻寬,這同時預告著R&S將在此設計與規格的基礎上,很快地推出更高階的示波器。

20180906NT31P2 RTP支援即時去嵌入,在後處理過程透過硬體確保即時波形校正,補償訊號傳輸損耗