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在生活中,很多人崇尚简单,认为那是生活应该具有的本来面目,是应该追求的真谛。高速电路系统的设计更是崇尚这一原则,用的元器件或芯片要尽可能少,互联部分要尽可能少,而且要短,过多的部件和互联会增加设计的不确定性。正如人生的复杂一样,不是每个人过的都是简单生活,过多的外界联系让人无暇反照内心,维持一颗平静的心。目前,超过16GHz高带宽实时示波器的设计,可以概括为三种情况,种,前置放大器电路直接实现模拟带宽,这是用硬件直接实现的方法;第二种和第三种,前置放大器实现不了模拟带宽,想其它办法让示波器的带宽指标能更上一层楼。第二种是用DSP(数字信号处理)的方法,第三种采用DBI(数字带宽通道复用)的方法
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简洁是信号完整性设计的基础简洁是信号完整性设计的基础: 示波器硬件架构设计示波器硬件架构设计
在生活中,很多人崇尚简单,认为那是生活应该具有的本来面目,是应该追求的真谛。高速电路系统的设计更
是崇尚这一原则,用的元器件或芯片要尽可能少,互联部分要尽可能少,而且要短,过多的部件和互联会增加
设计的不确定性。正如人生的复杂一样,不是每个人过的都是简单生活,过多的外界联系让人无暇反照内心,
维持一颗平静的心。目前,超过16GHz高带宽实时示波器的设计,可以概括为三种情况,种,前置放大器电路
直接实现模拟带宽,这是用硬件直接实现的方法;第二种和第三种,前置放大器实现不了模拟带宽,想其它办
法让示波器的带宽指标能更上一层楼。第二种是用DSP(数字信号处理)的方法,第三种采用DBI(数字带宽通道复
用)的方法
在生活中,很多人崇尚简单,认为那是生活应该具有的本来面目,是应该追求的真谛。高速电路系统的设计更是崇尚这一
原则,用的元器件或芯片要尽可能少,互联部分要尽可能少,而且要短,过多的部件和互联会增加设计的不确定性。正如人生
的复杂一样,不是每个人过的都是简单生活,过多的外界联系让人无暇反照内心,维持一颗平静的心。目前,超过16GHz高
带宽实时示波器的设计,可以概括为三种情况,种,前置放大器电路直接实现模拟带宽,这是用硬件直接实现的方法;第二种
和第三种,前置放大器实现不了模拟带宽,想其它办法让示波器的带宽指标能更上一层楼。第二种是用DSP(数字信号处理)的
方法,第三种采用DBI(数字带宽通道复用)的方法。不同的方法反映不同的硬件架构设计,值得一提的是,后两种方法的性能
好的方面取决于其前置放大器硬件的设计性能,不好的方面是提升带宽带来的副作用,也就是说,对于后两种方法,如果前置
放大器硬件本身做的越好,其副作用可能会被掩盖的越多,极端情况下可以好到不需要提升带宽了。本文主要介绍90000 X 系
列示波器在设计其硬件架构时的取舍。
图1是90000 X系列示波器被拆开后的采集板实际照片,上一篇介绍的前端模块位于上方黑色的散热片下面,里面封装了5
个磷化铟芯片,前置放大器芯片、触发芯片和采样保持芯片在里面,这样的设计其实是从事多年高速模拟电路系统设计经验的
体现,是在众多设计可能中,选择的优化方案。该模块的设计保证了低噪声和化固有抖动,如果从系统设计的角度看,尤其是
和三个功能芯片距离较远,需透过PCB互联的时候,它带来的优越性就更明显一些,因为没有长距离互联带来的反射和传输
线阻抗难以控制等弊端。目前DSP和DBI提升带宽的示波器,其触发电路、前置放大器和采样保持电路是完全分开的,使用网
络分析仪或TDR(时域反射)示波器可以实际测出任意一台示波器内部前置电路的阻抗控制情况。图2给出实际测出的20GHz
DSP提升带宽的示波器前置电路的阻抗曲线,红色曲线代表S11参数,蓝色曲线代表S12参数,可以看出,前置放大器距离前
面板输入端较远,传输线本身已经产生了6.5ns左右的延迟,阻抗失配现象也甚为明显。90000 X的前面板输入端直接接入前
置模块,经过一类似同轴电缆的三维传输线进入前置放大器,距离很短,差分时钟信号的波导化设计,经三维实现45度到60
度的立体斜坡并于其上镀金,再加上模块的金属盖形成腔体化,消除了传输线的相分散(Phase Dispersion),并将辐射损耗和
串扰化。
图1. 90000 X 系列示波器内部采集板实际照片,因为触发芯片、前置放大器芯片和采样保持芯片全都封装在一个模块
里,使得互联短,阻抗控制容易,安捷伦的快膜技术可实现比传统厚膜技术更宽的传输线,阻抗变化控制在+/- 1.5 Ω范围内,
是标准的厚膜工艺的一半,是PCB(印刷电路板)的一半到三分之一
图2 DSP提升带宽的示波器,前置电路设计部分采用多个芯片于PCB上互联的办法,用网络分析仪或TDR示波器实际测
出的S11和S12参数曲线,若在极小的空间里实现“触发芯片、前置放大器芯片和采样保持芯片”的互联,则情况会有很大好
转。
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weixin_38739919
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