當(dāng)紅小生—混合信號(hào)示波器

　　混合信號(hào)的時(shí)代

　　上世紀(jì)60年代之前的電子技術(shù)屬于模擬時(shí)代，然后隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展開始逐步邁入數(shù)字時(shí)代，現(xiàn)在電子技術(shù)已經(jīng)走進(jìn)全新的時(shí)代——數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)緊密結(jié)合的混合信號(hào)時(shí)代。

　　二十一世紀(jì)90年代以來，信息產(chǎn)業(yè)在其內(nèi)核集成電路(IC)的簇?fù)硐芦@得了高速發(fā)展。深亞微米技術(shù)的發(fā)展，促使芯片設(shè)計(jì)與制造由分離IC向SoC轉(zhuǎn)變。混合信號(hào)設(shè)計(jì)可以減少成本、電路尺寸和外形，并提供更好的功能。進(jìn)入90年代中后期，具有極大市場(chǎng)而更新?lián)Q代很快的無線通信及多媒體消費(fèi)電子類為代表的信息產(chǎn)品給了混合信號(hào)集成電路(mixed-signal IC)的發(fā)展提供了強(qiáng)勁動(dòng)力。早期的SoC源于數(shù)字ASIC設(shè)計(jì)，其主要部件包括處理器、存儲(chǔ)器、外部接口和相應(yīng)的嵌入式軟件。而混合信號(hào)SoC的發(fā)展動(dòng)力主要來源于一些需要體積小、功能強(qiáng)、性能高的諸如移動(dòng)類消費(fèi)IC。與早期的SoC的差別在于：混合信號(hào)SoC芯片內(nèi)除常規(guī)的數(shù)字系統(tǒng)外還包含了復(fù)雜的模擬混合電路。這是完整意義上的系統(tǒng)集成技術(shù)，已成為IC設(shè)計(jì)者所關(guān)注的重要目標(biāo)。可以說未來的大型SoC芯片大部分將是模擬與數(shù)字信號(hào)并存的混合信號(hào)系統(tǒng)，并且將成為半導(dǎo)體技術(shù)的主流。

　　隨著具有混合信號(hào)功能的芯片越來越多地出現(xiàn)在人們的生活中。通訊領(lǐng)域的MODEM(如ADSL)，CODEC和飛速發(fā)展的手機(jī)芯片，視頻處理器領(lǐng)域的MPEG、DVD芯片，都是具有混合信號(hào)功能的芯片，其特點(diǎn)是處理速度高、覆蓋的頻率范圍寬，芯片的升級(jí)換代周期日益縮短。這就要求測(cè)試儀器具有更高的性能和更寬的頻帶范圍，而且需要靈活的架構(gòu)來應(yīng)對(duì)不斷升級(jí)的芯片測(cè)試需求，以便有效降低新器件的測(cè)試成本。此外，混合信號(hào)芯片種類繁多，各種具有混合信號(hào)的芯片已經(jīng)廣泛運(yùn)用到生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域，而不同的應(yīng)用領(lǐng)域，其工作的頻率和所要求的精度也各不相同，這就要求在對(duì)混合信號(hào)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，抓住其共性來提出測(cè)試方案。

　　示波器的演進(jìn)

　　示波器是電子工程師觀測(cè)信號(hào)最常用的工具，幾乎每一位電子工程師的工作臺(tái)上都應(yīng)該有一臺(tái)適合自己的示波器，應(yīng)對(duì)混合信號(hào)測(cè)試最好有能夠測(cè)試混合信號(hào)的單臺(tái)示波器。

　　20世紀(jì)40年代是電子示波器興起的時(shí)代，雷達(dá)和電視的開發(fā)需要性能良好的波形觀察工具，帶寬100MHz的同步示波器開發(fā)成功，這是近代示波器的基礎(chǔ)。隨著半導(dǎo)體和電子計(jì)算機(jī)的問世，60年代美國(guó)、日本、英國(guó)、法國(guó)在電子示波器開發(fā)方面各有不同的貢獻(xiàn)，出現(xiàn)帶寬 6GHz的取樣示波器、帶寬6GHz的多功能插件式示波器，標(biāo)志著當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)的高水平，為測(cè)試數(shù)字電路又增添邏輯示波器和數(shù)字波形記錄器。模擬示波器從此沒有更大的進(jìn)展，開始讓位于數(shù)字示波器。

　　模擬示波器要提高帶寬，需要示波管、垂直放大和水平掃描全面推進(jìn)，數(shù)字示波器要改善帶寬只需要提高前端的A/D轉(zhuǎn)換器的性能，對(duì)示波管和掃描電路沒有特殊要求，加上數(shù)字示波管能充分利用記憶、存儲(chǔ)和處理，以及多種觸發(fā)和超前觸發(fā)能力。20世紀(jì)80年代數(shù)字示波器(DSO)異軍突起，在技術(shù)和市場(chǎng)的雙重推動(dòng)下，模擬示波器從前臺(tái)退到后臺(tái)，數(shù)字示波器成為主流。

　　上世紀(jì)90年代誕生的混合信號(hào)示波器(MSO)是將DSO和模擬示波器或邏輯分析儀或數(shù)字萬用表(DMM)等兩、三種儀器有機(jī)組合在同一機(jī)箱中的混合型儀器，它集成了多臺(tái)儀器的功能和優(yōu)點(diǎn)，以此滿足用戶的更多更高的測(cè)試要求。 第一個(gè)將MSO作為產(chǎn)品名稱前綴的是安捷倫(Agilent)1996年的54645D，而當(dāng)時(shí)泰克也擁有一些典型的組合型示波器。

　　MSO的崛起

　　混合信號(hào)示波器從1996年開始正式出現(xiàn)名稱之后，發(fā)展一直處于不溫不火的狀態(tài)，一方面因?yàn)槭袌?chǎng)對(duì)這個(gè)新產(chǎn)品的整體接受程度不高，另一方面則是當(dāng)時(shí)的數(shù)字示波器已經(jīng)基本滿足大部分測(cè)試的需求，混合信號(hào)開發(fā)的測(cè)試需求還不夠旺盛。此外由于市場(chǎng)上幾乎沒有公開競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，安捷倫也未在混合信號(hào)示波器產(chǎn)品的后續(xù)開發(fā)和產(chǎn)品規(guī)劃上投入過多精力，許多先進(jìn)的示波器功能未能在混合信號(hào)示波器上體現(xiàn)，進(jìn)一步拉開混合信號(hào)示波器和數(shù)字示波器的技術(shù)差距。