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[原创] 发明了世界第一台数字示波器的力科又为工程师献上了一份厚礼

半导体行业观察 ·2018-05-12 11:54·半导体行业观察
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谈到LeCroy(力科)这家公司,就会让人想起以示波器为代表的信号分析产品。该公司正是精于这方面的研发。力科是高能物理学家Walter LeCroy于1964成立的一家美国公司,起初专业研制高能物理测试仪,其早期的多通道数据采集卡用于高速物理粒子脉冲信号的采集。


2004年和2006年,通过收购两家协议分析仪厂商(CATC和Catalyst),并将它们合并成一个协议分析部门,这帮助力科逐渐成为了全球协议分析仪的翘楚。2012年,力科被Teledyne收购,成为Teledyne LeCroy。


说起示波器,1970年之前的产品还都是模拟的,而当今用到的则都是数字化的产品了,这是因为,1971年,LeCroy发明了第一台数字示波器。所谓数字的,就是通过ADC将模拟的输入信号转化为数字的,然后再进行处理。其重要参数指标为带宽和通道数,再有就是精度(ADC位数)、采样率和存储深度。通道数方面,传统的示波器多为4路,而当今的产品则较传统的多了很多,8路较为常见,最高甚至达到64路。


在精度方面,目前业界最高的是12bit,而这也是LeCroy所擅长的,因为业界很多示波器还处在8bit的水平。在带宽方面,LeCroy已经可以提供最高100GHz的产品,其单台仪器普遍实现了8通道,而通过模块化的设计和组合,最高可以实现64路的高端应用方案


在示波器中,精度和速度永远是矛盾的,总是相互制约,即ADC的位数和仪器的带宽之间,总是需要权衡,是此消彼长的关系。在这方面,LeCroy区域销售经理Scott Zhang表示,他们正在带动行业,从8bit进阶到12bit,为此,该公司在研发相关ADC方面投入了很大的财力和人力。因为示波器用的ADC与通用ADC产品不同,大都是由示波器设备厂商自己研发,因为普通ADC的采样率很难满足示波器的需求。


在精度方面,LeCroy的12bit性能是纯硬件实现的,这个精度的示波器也是该公司于2011年在业界第一家推出的。目前,业界有一些方案是通过软件算法实现12bit的精度,但这样做会牺牲一部分带宽和采样率。而纯硬件实现的12bit性能,则不存在这些问题。对此,Scott Zhang表示,LeCroy的核心工作,就是围绕12bit的精度,不断提升示波器的带宽和采样率,以满足越来越苛刻的应用需求。


LeCroy的产品线大致可以分为4档,从经济型,到多通道、模块化方案(最低20GHz带宽,64路通道),涵盖了各个层面的应用需求,近些年不断推出新品。


WavePro HD高精度示波器

近期,LeCroy发布了WavePro HD高精度示波器,它首次结合了HD4096 12位高精度技术和8 GHz带宽,实现了低噪声和高信号保真度。

WavePro HD示波器具有高达5 Gpts的快速响应和易于浏览的采集存储器,这也是业界首创,可以长时间捕获极其精细的波形细节.



WavePro HD 12位示波器特别支持工程师开发尺寸更小、速度更快和功耗更低的移动和手持设备和高速、深度嵌入式计算系统和数据中心,这些系统的共同特点包括模拟传感器输入、具有极低电压电源轨的电源配送网络(PDN)以及高速CPU和串行数据接口。 这就要求示波器在高采样率下具有高分辨率、低噪声、高带宽和长捕获时间的独特组合,以完成系统的全面调试


所有WavePro HD示波器都配备15.6寸、1920 x 1080电容式触摸屏和Teledyne LeCroy强大的MAUI用户界面,可以实现直观、高效的多点触控操作。 WavePro HD有四种型号,带宽从2.5 GHz到8 GHz,均具有高达20 GS / s的采样率。


下面看一下这款新方案都有哪些性能。


HD4096高精度技术遇上8GHz带宽


WavePro HD的核心是一个新的8-GHz芯片组,包括一个低噪声前端放大器和一个12位ADC, 该芯片组与新型低噪声、高带宽系统架构紧密集成,可在这款8 GHz 、12位示波器中充分发挥HD4096高精度技术的潜力。与之竞争的仪器不是简单地将10位或12位ADC放入传统的8位信号路径,就是使用软件技术牺牲带宽以获得更高的分辨率, WavePro HD的HD4096技术在全带宽下提供最高分辨率和最低噪声,没有任何的折中平衡。


长存储架构


借助WavePro HD的新一代信号采集和存储管理架构,5G样点采集速度快且响应迅速。同时,WavePro HD的MAUI高级用户界面可以轻松查找、浏览并全面分析感兴趣的波形特征,WavePro HD可以20 GS/s的全采样率采集250 ms,并始终保持12位分辨率。


深度嵌入式计算系统调试


在WavePro HD中,高分辨率模拟输入通道可与可选的混合信号示波器(MSO)数字输入通道相结合,捕捉各种模拟传感器、数字逻辑、电源轨、串行数据和其他信号,串行数据触发、解码、测量/图形和眼图(TDME)选项对标准分析工具做了全面增强。


因此,WavePro HD可在任何高速和低速信号(包括电源配送网络(PDN)信号,模拟传感器输入、数字和串行数据信息)之间执行业界最佳的长时间捕获因果分析, 当与 LeCroy的深度分析工具箱配合,可以完成高速串行数据抖动分析和一致性测试,用户可轻松获得深度嵌入式计算系统的理想调试和分析方案。


电源完整性验证


WavePro HD的高带宽和高垂直分辨率非常适合测量和分析芯片和系统PDN行为,高带宽意味着高速芯片效应(如地弹)的精确表征,而WavePro HD的高动态范围和0.5%增益精度确保了对诸如轨道塌陷等噪声敏感测量的信心。极低的本底噪声与频谱分析工具相结合,有助于提取和识别最细微的PDN干扰源,RP4030 4 GHz电源完整性探头通过灵活的连接前端与原始信号路径相连接,实现了WavePro HD电源完整性验证能力。


EMC脉冲表征


在EMC实验室中,WavePro HD巧妙地结合了2.5或4 GHz带宽和非常高的采样速率和分辨率,能够实现极其准确的脉冲特性表征。同时,在测试台上,系统设计人员必须从密集的电磁环境中识别出EMI干扰源, WavePro HD的超低噪声和直观的频谱分析功能相结合,组成了强大的干扰搜索工具。


串行数据抖动和噪声分析


对于串行数据分析来说,12位分辨率、低本底噪声和极低的时基抖动(60 fs)为WavePro HD在抖动和噪声测量方面带来巨大优势。可选的SDAIII CompleteLinQ软件包含业界最完整的串行数据抖动和垂直噪声分析工具,而可选的QualiPHY串行数据一致性软件包可轻松进行物理层一致性验证。


ProBus2接口支持8GHz带宽


WavePro HD配备新的支持8 GHz带宽、兼容BNC的ProBus2探头接口,新的8GHz和6 GHz ProBus2探头可以直接连接到WavePro HD示波器,也可以兼容其他Teledyne LeCroy示波器上的4 GHz ProBus接口。 此外,ProBus兼容探头还可以与新型ProBus2接口配合使用,无需适配器,确保ProBus 2接口与 LeCroy广泛的现有探头兼容。


结语

对于示波器市场而言,目前也主要是由美国等企业把控。我国国内也有不少做示波器的厂商,但就性能,特别是带宽而言,能做好2GHz的厂商都是屈指可数。在业界对测试要求不断提升的当下,对进口中高端信号分析仪器的依赖度仍然很高。像WavePro HD这样的示波器,恐怕国内在短时间内还很难研发出来。


最近的中兴事件,同样波及到了高性能信号分析仪器领域。美国商务部要求,所有产自美国的、带宽在60GHz以上的设备,如果要出口到中国,必须向其提出申请,得到许可后才能放行。


Teledyne LeCroy也是中兴的合作伙伴,在这方面,Scott Zhang表示,该公司也一直在与美国商务部沟通,争取能将更先进的设备卖到中国。而实际上,相关窗口一直都没有关闭,华为等国内厂商也一直在使用LeCroy的高性能信号分析仪器。我们希望这次风波能尽早过去。


文/半导体行业观察 张健


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