示波器“关键指标”—测量精确度和信号完整性

整个电子行业对速度及性能的不懈追求正不断改变高端示波器的标准。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，什么是测量精确度？

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。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）。

当选择示波器时，工程师应评估的关键参数概述如下表所示：

抖动本底噪声

市场驱动因素-- 需要更佳信号完整性

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（bit times）。随着通信链路数据速率的增加，将增加两件事的发生：用户界面缩小，信号上升时间减少。例如，通过将 5 Gb / s 脉冲与 8 Gb / s 脉冲进行比较得出，位宽从 200 ps 降为 125 ps。这使得一项设计的裕量减小了 38％。此外，这也使得接收机的工作更加困难，因为它试图以更小的裕量，用非常快的数据速率将 1 与 0（零） 进行区分。同时，上升时间也从约 30ps 减少为刚好超过28 ps。8 GB / s 信号展示如下：

使问题复杂化的事实是，当被传输信号进入接收机时，可能产生多个信号完整性问题。这些信号完整性问题可能包括当此信号流经电路板或从硅芯片进入封装引脚再进入电路板时产生的信号衰减。通道内的信号衰减是一个非常严重的问题，必须加以解决。PCB 材料（如：FR – 4）内的信号损失量随线路长度的增加及数据速率的提高而增加。因信号幅度的缩小，噪音和反射正成为一个更大的影响因素。客户需要在接收机中采用去嵌入策略，以打开闭合的眼图。

随着第三代串行数据标准的出现，8-10 Gb / s正逐渐成为行业标准。在光通信市场中，因以太网（Ethernet）发展到 4 × 25G（100GbE），设计人员需要能够使用高达 32 Gb / s 的比特率对信号进行测试。同时，高速 FPGA 和宽带射频也推动了极限值的扩大。泰克公司的 DPO/DSA73304D 为这些高端应用程序提供业界最精准的测量性能。

技术平台与突破

泰克公司为了提供业界领先的 DPO/DSA73304D 示波器性能，采用了 IBM 8HP 锗化硅技术。这是一种 130 纳米锗化硅双极互补金属氧化物半导体（BiCMOS）工艺，利用 200 GHz 的 FT 转换速度提供了 2 倍于上代产品的性能。

锗化硅（SiGe）技术利用可靠性高且成熟的制造工艺，提供能与特殊材料（如：磷化铟（InP）和砷化镓（GaAs））性能媲美的性能级别。与其它方案不同的是，锗硅BiCMOS工艺提供了在一块芯片上同时制备高速双极性晶体管和标准CMOS的途径，从而使一系列同时具备高集成度和极致性能的电路成为可能。正是这二者的结合，使泰克公司能够在长达十多年的时间内持续且可靠地提供功能丰富的高速数据采集系统。

图 1 所示的组件是采用了锗化硅 BiCMOS工艺的 70000D 示波器的新式前端，该前端为 33GHz、100 GS / s。该芯片包含 2 个通道（2 块小芯片）的前置放大器及一个 100 GS / s 的跟踪/保持集成电路（IC）（large die）。泰克公司通过将前置放大器和采样/保持功能集成于单一封装中，提高通道间的匹配能力，减少由其他示波器中使用的独立采样/保持电路和 ADC 器件引起的交叉失真。一般情况下，减少所需的组件和接口数量可减少噪音和计时的不确定性，从而提高了 ENOB 性能。

我们为此种前端设计提供的另一项创新是大偏移范围和终端性能。通过前置放大器芯片上的分离路径输入结构和多芯片模块上的 AC -接地端接电阻器，从而实现了此种性能。该性能可以更加轻松地对大型直流偏置或直流偏置终端信号做出准确的测量。

由于实现了向8HP的转换，DPO/DSA73304D示波器可以提供卓越的信号采集性能和分析能力。它帮助设计人员利用全部四通道前所未有的捕获功能够捕捉实时信号，并且利用业界最高的波形捕获能力捕获更多信号细节。利用一套工具集（为提供更快的设计和一致性测试而设计）实现设置、高速串行数据设计的捕获及分析的自动化。主要性能包括：

· 双通道高达 33 GHz 和 100 GS / s，所有四通道 > 20 GHz 和 50 GS / s

· 小于9 ps的上升时间（通常为 20/80）

· 低于 0.56％ 的垂直噪声，≥5.5 的有效位数

· 30 多个可定制特殊应用软件分析包