决定示波器性能高度的模拟技术.pdf

示波器是电子测量领域的重要工具，用于观察和分析电信号的波形。其性能的高低直接影响着测试结果的精确性和可靠性。本文主要探讨的是决定示波器性能的关键因素——模拟技术，特别是模拟前端的设计。 在传统的示波器设计中，信号会经过一系列的连接和切换，包括同轴电缆、前置放大器、跟踪和保持芯片以及端接电阻等，这些步骤可能引入噪声和失真，降低信号保真度和示波器带宽。为了解决这些问题，现代示波器采用高度集成的前端多芯片模块（MCM）设计。例如，泰克的DPO/DSA70000D系列示波器，以及安捷伦科技的90000系列，都采用了这种技术。MCM将模拟前端的多个组件封装在一个模块内，减少了信号在PCB上的路径，降低了信号质量损失的风险。 安捷伦的InP技术在MCM设计中尤为突出，它将模拟前端集成到6个芯片中，包括两个前置放大器芯片、一个8路跟踪和保持芯片，以及50欧姆端接电阻。这种三维封装形式使得信号可以直接从输入端通过高性能电缆传输到MCM内部，避免了传统路径中的多次转换和连接，从而提高了信号保真度。 此外，IBM的8HP SiGe BiCMOS工艺也在高性能模拟电路中发挥着重要作用，提供比上一代更高的性能。随着电子技术的快速发展，测试测量的需求也在不断升级，例如芯片验证、串行数据一致性测试、光学调制分析、DDR存储器和宽带RF检查等，这些都需要示波器具备更高的带宽、采样率和信号保真度。 当前，示波器的带宽已经接近100GHz的界限，如力科和安捷伦都在进行相关研发。然而，真正的挑战在于采样率的提升，目前两者都达到了160GS/s的采样速度，但单个模数转换器的极限大约在10GS/s。要实现更高的采样率，就需要集成多个ADC，这在时钟同步、校准算法和高速SRAM等方面带来了巨大的技术挑战。 示波器的性能高度取决于其模拟前端的设计，包括集成程度、材料选择和工艺技术。随着半导体工艺的进步，未来的示波器将会拥有更高的带宽和采样率，以满足日益复杂的电子系统测试需求。然而，技术的突破需要高昂的研发投入，市场的需求将是推动这一进程的关键动力。