[圖文]數(shù)字寬帶示波器挑戰(zhàn)10GHz的高速測試
2004年11月A版
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/4665.htm 在2003年全球銷售扭虧為贏之后,2004年測量儀器業(yè)紛紛推出性能指標(biāo)更高的產(chǎn)品,爭取在市場中占有更大的份額。泰克公司三月份推出TDS6000B寬帶數(shù)字存儲示波器,帶寬達到8GHz,繼續(xù)保有世界最高指標(biāo)的桂冠,同時宣布還有配套使用的PT80SMA帶寬的8GHz差分探頭,泰克在2000年初發(fā)布使用SiGe材料和工藝解決寬帶數(shù)字示波器前端電路(即輸入寬帶放大器,信號取樣保持電路)、探頭跟隨器等高速模擬電路,使TDS7000系列的帶寬突破4GHz大關(guān),在業(yè)界遙遙領(lǐng)先。從2000年至今,泰克平均以每年提高1GHz帶寬的步伐前進,現(xiàn)在按帶寬排序,分別由泰克居首位(8GHz),安捷倫公司第二(7GHz),力科公司第三(6GHz)構(gòu)成業(yè)界三強。
測量儀器業(yè)的示波器類,頻譜分析儀類,網(wǎng)絡(luò)分析儀類,加上信號發(fā)生器類構(gòu)成四大支柱,它們代表時域、頻域,阻抗域和激勵源,四類產(chǎn)品的銷售額占全業(yè)界總銷售額的70%以上。市場營銷經(jīng)驗表明,某一行業(yè)只有一家獨大,并不利于發(fā)展,由于沒有對手而停滯不前,反之強者如林同樣不利,過度競爭使力量削弱;三家鼎立的局面比較穩(wěn)定,互相揚長避短,在其它業(yè)界亦有類似經(jīng)驗。
SiGe材料和工藝的突破
在1990年代邏輯電路IC已全部采用Si材料的CMOS工藝,直至今天,IC的線寬從1.0mm縮小到0.09mm,而且還在縮小,在另一方面,射頻電路IC在2GHz以下以Si材料為主,在2GHz以上以GaAs材料為主。但是,需要射頻和邏輯IC在一起時,GaAs與Si不能兼容,不能實現(xiàn)在同一塊襯底上。在今天高度競爭的電子市場中,特別是高級測量儀器,需要有模似、數(shù)字相結(jié)合的專用IC。數(shù)字存儲示波器就是典型實例,它的前端電路使用截止頻率50GHz的模擬電路,它的快速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換使用取樣頻率超過5GHz,依靠Si的CMOS工藝遇到實際困難。泰克公司為在示波器業(yè)保持領(lǐng)先地位,必須在高頻高速IC方面有所突破。在找尋合適的合作者方面,泰克公司經(jīng)過篩選,認(rèn)為IBM公司的SiGe(硅鍺)技術(shù)最具潛力,SiGe既有很高射頻特性,而且可與CMOS工藝兼容,亦即著名的Bi-CMOS工藝,有望實現(xiàn)測量儀器領(lǐng)先電子產(chǎn)品主流技術(shù)的可能。泰克與IBM的強強聯(lián)合,各自發(fā)揮核心技術(shù)和專長,為新產(chǎn)品的開發(fā)創(chuàng)造了一種高效的合作環(huán)境,終于開發(fā)出實時帶寬4GHz的TDS7000系列數(shù)字熒光示波器。
IBM公司作為電腦業(yè)的巨頭,擁有強大的半導(dǎo)體材料和器件實驗室,一個材料研究組當(dāng)時正在開發(fā)SiGe材料和工藝,同樣物色在高頻高速IC方面的應(yīng)用,以便證明SiGe的商業(yè)價值。IBM不準(zhǔn)備出售此項技術(shù),而是找尋在通信、信息技術(shù)、測量儀器的強有力的合作者,泰克公司為創(chuàng)造新一代數(shù)字測量儀器的需求正好與IBM的想法不謀而合。泰克公司為此投入幾千萬美元的資金,對SiGe工藝寄以厚望,眼光非常獨到。兩家各有特點的高科技公司的結(jié)盟,使一種新IC工藝與一種領(lǐng)先的數(shù)字示波器開發(fā)得到密切結(jié)合,為測量儀器市場帶來新的推動力。
力科公司同樣緊跟泰克之后,找到其它SiGe材料和工藝制造廠,為它的最高檔數(shù)字存儲示波器WaveMaster系列生產(chǎn)前端寬帶電路,在2002年推出帶寬6GHz的數(shù)字示波器,力科的前端寬帶電路包括前端放大器、A/D轉(zhuǎn)換器,觸發(fā)器和探頭電路。因此,力科借助SiGe技術(shù)迅速趕上泰克公司的TDS6000系列,成為第二家可供應(yīng)帶寬6GHz的示波器供應(yīng)商。
安捷倫公司擁有強大的測量儀器部門和半導(dǎo)體部門,射頻和微波測量儀器是業(yè)界的老大,數(shù)字存儲示波器也是它的強項。射頻和光電半導(dǎo)體器件更具有影響,它在Si、GaAs、InP材料,以及在MOS場效應(yīng)器件,異質(zhì)結(jié)雙極晶體管、E-PHEMT(加強型膺晶電子遷移率晶體管)方面都有一流的水平。因此,安捷倫公司雖然沒有使用SiGe技術(shù),同樣在2002年底將它的Infiniium高檔數(shù)字存儲示波器的帶寬推高至6GHz,這樣一來,出現(xiàn)示波器業(yè)界前所未有的盛況,在同一年度內(nèi)三家公司的數(shù)字存儲示波器都攀登到帶寬6GHz的高度,打破多年來泰克公司往往以相當(dāng)距離領(lǐng)先對手的局面。
泰克公司的高檔數(shù)字寬度示波器系列
至今,時間進入2004年下半年,縱觀示波器供應(yīng)商的三強中,各自取得不同的成績。泰克繼續(xù)領(lǐng)先對手,在2003年將TDS7000系列升級為TDS7000B系列,帶寬從6GHz增加到7GHz,又在2004年將TDS6000系列升級為TDS6000B系列,帶寬從6GHz升到8GHz。應(yīng)該指出,TDS6000B和TDS7000B兩系列的最高取樣率仍然是20GHz/s,亦即沒有改善前端電路來取得的,顯然是由于SiGe技術(shù)的貢獻。泰克的高檔數(shù)字示波器幾種系列的主要特性如表1所示。
泰克的高檔數(shù)字示波器按特點分為三大系列,TDS6000B著重實時帶寬,具有強大的數(shù)字信號處理能力,最高性能的TDS6804B的實時帶寬達到8GHz(相當(dāng)于上升時間35ps)。與原來的TDS6000系列相比,除增加帶寬之外,波形存儲容量也從128KB增加到32MB,這對于捕捉單次波形非常有效,但是取樣率仍然只有最高20GS/s。TDS6000B系列的觸發(fā)能力也得到加強,它的Pinpoint(尖端)觸發(fā)技術(shù)保證觸發(fā)抖動低于1.5ps,可捕捉寬度小于200ps的偶發(fā)現(xiàn)象,在最高取樣率下記錄窗口達到1.6ms,為了配合TDS6000B系列的8GHz帶寬,泰克還推出業(yè)界較高帶寬的差分輸入插頭P7380SMA,它的帶寬同樣是8GHz,并且在2004年底前再提供其它帶寬8GHz的有源插頭,使TDS6000B系列數(shù)字存儲示波器成為完整的寬帶測量系統(tǒng)。
總的來說,TDS6000B比原來的TDS6000有很多改進,表現(xiàn)為帶寬、存儲容量、處理能力、觸發(fā)功能的提高,前端電路和觸發(fā)電路由于采用SiGe技術(shù),后端電路由于采用高速微處理器和高速信號處理器而得到加強,使TDS6000B以全新面目出現(xiàn),從而能夠在高檔數(shù)字存儲示波器中繼續(xù)領(lǐng)先。
TDS6000B系列屬于標(biāo)準(zhǔn)的DSO類型,即數(shù)字存儲示波器結(jié)構(gòu),從電路特點來看,DSO結(jié)構(gòu)是快速A/D轉(zhuǎn)換,快速波形樣點存儲、慢速D/A波形的復(fù)現(xiàn)和顯示。例如TDS6000B的最快掃描速度是25ps/格,總掃描窗口是25ps
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