高精确度、33GHz高带宽示波器的设计实现

电子设计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。带宽、捕获、分析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。8月1日，泰克（Tektronix）公司全球同步发布推出4款最新 DPO/DSA70000D 系列示波器型号，这些型号产品在全部4个通道上提供了高达33GHz的带宽，双通道上实现了高达100GS/s的实时采样率，上升时间为9ps的业界最高精确度的示波器，可为当前的多个通道间的最快电信号提供业界最高水平的测量精确度。

　　核心模拟前端创新设计

　　泰克高性能示波器产品线市场经理Davig Fink告诉本刊记者，在DPO/DSA70000D中，有许多泰克领先行业独创的技术，为提高DPO/DSA73304D示波器性能，泰克采用了 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。

　　Davig Fink说，在DPO/DSA73304D模拟前端中，采用了锗化硅 BiCMOS工艺，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，”Davig Fink表示，“我们会继续走创新之路，采用8HP锗化硅技术实现领先的ASIC设计，可提供更卓越的精准水平。”

　　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。该示波器主要性能还包括：

　　●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。

　　高精确度和强大的捕获能力

　　新型 DPO/DSA73304D 平台兼备业界领先的实时示波器信号完整性和计时精度，使用户能够更准确和更有把握地完成他们的设计。Davig Fink表示，DPO/DSA73304D还可以帮助设计工程师完成以下工作：

　　●利用业界最精准的捕获系统，发现感兴趣的重要信号，此类捕获系统的特征是采用了在示波器和探头中使用的可靠锗化硅技术。

　　●使用市场上最佳综合触发系统，捕获高速信号评估所需的精确的信号事件。

　　●利用高采样率搜寻记录，以确定关键事件/错误，用于系统验证。

　　●利用 30 + GHz 示波器中最高信号与嗓音的比值，快速分析关键测量结果。它能够提供高灵敏度、低噪声的测量结果，这样的结果为高速光纤的准确定性及能源和串行数据测量的执行提供依据。

　　尖端软件与 DPO/DSA70000 系列平台上用户界面工具相互结合，为复杂测量方案（包括调试/分析）提供了最短的快速响应时间。DPO/DSA73304D 通过结合高带宽、高采样率和快速上升时间，可为当今最高的信号完整性测量要求而特别进行量身定做。Davig Fink强调，最新33 GHz 的泰克示波器使得设计者可以通过误码率来了解高级调制技术的效果，甚至在速度继续增加时也同样适用。采用这些示波器，工程师能够有把握地在第一时间分析超出240 GB/s的比特速率。

　　据了解，DPO/DSA70000D型号产品将于2011年第4季度全球上市。这四个上市产品包括33GHz带宽的DPO73304D和DSA73304D、25 GHz带宽的DPO72504D 和DSA72504D。

　　前瞻性的设计案例

　　案例一：目前，领先FPGA厂商正在实施非常快速的而且相当复杂的硅片方案，以满足通信和串行数据应用需求。这些应用需要超过20GHz频率的SerDes验证。目前Xilinx、Altera公司都已推出将 28Gbps收发器等特性集成到新一代的28nm FPGA中。为检测收发器的技术功能，从而为最新一代的高速串行协议提供及时支持，泰克最高精确度示波器DPO/DSA70000D可为测量提供精确的时间分辨率。

　　案例二：随着目前光纤速度达到100Gb/s甚至更高速度，工程师正尝试精确地验证光调制技术，以实现高效的光纤传输。DPO/DSA70000D产品提供了4个高精确度的通道，可满足PM-QPSK调制分析。70000D系列产品将协同Optametra公司（泰克技术合作伙伴）的相干光波信号分析仪，以实现光纤PM-QPSK、QAM16以及其它复杂的调制信号的可视化与测量。