當(dāng)紅小生—混合信號示波器

　　混合信號的時代

　　上世紀60年代之前的電子技術(shù)屬于模擬時代，然后隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展開始逐步邁入數(shù)字時代，現(xiàn)在電子技術(shù)已經(jīng)走進全新的時代——數(shù)字信號與模擬信號緊密結(jié)合的混合信號時代。

　　二十一世紀90年代以來，信息產(chǎn)業(yè)在其內(nèi)核集成電路(IC)的簇擁下獲得了高速發(fā)展。深亞微米技術(shù)的發(fā)展，促使芯片設(shè)計與制造由分離IC向SoC轉(zhuǎn)變?；旌闲盘栐O(shè)計可以減少成本、電路尺寸和外形，并提供更好的功能。進入90年代中后期，具有極大市場而更新?lián)Q代很快的無線通信及多媒體消費電子類為代表的信息產(chǎn)品給了混合信號集成電路(mixed-signal IC)的發(fā)展提供了強勁動力。早期的SoC源于數(shù)字ASIC設(shè)計，其主要部件包括處理器、存儲器、外部接口和相應(yīng)的嵌入式軟件。而混合信號SoC的發(fā)展動力主要來源于一些需要體積小、功能強、性能高的諸如移動類消費IC。與早期的SoC的差別在于：混合信號SoC芯片內(nèi)除常規(guī)的數(shù)字系統(tǒng)外還包含了復(fù)雜的模擬混合電路。這是完整意義上的系統(tǒng)集成技術(shù)，已成為IC設(shè)計者所關(guān)注的重要目標(biāo)?？梢哉f未來的大型SoC芯片大部分將是模擬與數(shù)字信號并存的混合信號系統(tǒng)，并且將成為半導(dǎo)體技術(shù)的主流。

　　隨著具有混合信號功能的芯片越來越多地出現(xiàn)在人們的生活中。通訊領(lǐng)域的MODEM(如ADSL)，CODEC和飛速發(fā)展的手機芯片，視頻處理器領(lǐng)域的MPEG、DVD芯片，都是具有混合信號功能的芯片，其特點是處理速度高、覆蓋的頻率范圍寬，芯片的升級換代周期日益縮短。這就要求測試儀器具有更高的性能和更寬的頻帶范圍，而且需要靈活的架構(gòu)來應(yīng)對不斷升級的芯片測試需求，以便有效降低新器件的測試成本。此外，混合信號芯片種類繁多，各種具有混合信號的芯片已經(jīng)廣泛運用到生產(chǎn)和生活的各個領(lǐng)域，而不同的應(yīng)用領(lǐng)域，其工作的頻率和所要求的精度也各不相同，這就要求在對混合信號進行測試時，抓住其共性來提出測試方案。

　　示波器的演進

　　示波器是電子工程師觀測信號最常用的工具，幾乎每一位電子工程師的工作臺上都應(yīng)該有一臺適合自己的示波器，應(yīng)對混合信號測試最好有能夠測試混合信號的單臺示波器。

　　20世紀40年代是電子示波器興起的時代，雷達和電視的開發(fā)需要性能良好的波形觀察工具，帶寬100MHz的同步示波器開發(fā)成功，這是近代示波器的基礎(chǔ)。隨著半導(dǎo)體和電子計算機的問世，60年代美國、日本、英國、法國在電子示波器開發(fā)方面各有不同的貢獻，出現(xiàn)帶寬 6GHz的取樣示波器、帶寬6GHz的多功能插件式示波器，標(biāo)志著當(dāng)時科學(xué)技術(shù)的高水平，為測試數(shù)字電路又增添邏輯示波器和數(shù)字波形記錄器。模擬示波器從此沒有更大的進展，開始讓位于數(shù)字示波器。

　　模擬示波器要提高帶寬，需要示波管、垂直放大和水平掃描全面推進，數(shù)字示波器要改善帶寬只需要提高前端的A/D轉(zhuǎn)換器的性能，對示波管和掃描電路沒有特殊要求，加上數(shù)字示波管能充分利用記憶、存儲和處理，以及多種觸發(fā)和超前觸發(fā)能力。20世紀80年代數(shù)字示波器(DSO)異軍突起，在技術(shù)和市場的雙重推動下，模擬示波器從前臺退到后臺，數(shù)字示波器成為主流。

　　上世紀90年代誕生的混合信號示波器(MSO)是將DSO和模擬示波器或邏輯分析儀或數(shù)字萬用表(DMM)等兩、三種儀器有機組合在同一機箱中的混合型儀器，它集成了多臺儀器的功能和優(yōu)點，以此滿足用戶的更多更高的測試要求。 第一個將MSO作為產(chǎn)品名稱前綴的是安捷倫(Agilent)1996年的54645D，而當(dāng)時泰克也擁有一些典型的組合型示波器。

　　MSO的崛起

　　混合信號示波器從1996年開始正式出現(xiàn)名稱之后，發(fā)展一直處于不溫不火的狀態(tài)，一方面因為市場對這個新產(chǎn)品的整體接受程度不高，另一方面則是當(dāng)時的數(shù)字示波器已經(jīng)基本滿足大部分測試的需求，混合信號開發(fā)的測試需求還不夠旺盛。此外由于市場上幾乎沒有公開競爭對手，安捷倫也未在混合信號示波器產(chǎn)品的后續(xù)開發(fā)和產(chǎn)品規(guī)劃上投入過多精力，許多先進的示波器功能未能在混合信號示波器上體現(xiàn)，進一步拉開混合信號示波器和數(shù)字示波器的技術(shù)差距。