测试测量技术迎来新一轮成长期--“EDN China测试测量研讨会”专题报道

随着人们对电子产品的质量要求越来越高，测试测量技术面临的挑战也越来越严峻。传统的模拟和数字示波器遇到了很多的瓶颈，比如垂直灵敏度和精度、触发抖动、频谱分析速度、动态范围以及隔离度等，此外，工程师越来越需要覆盖时域和频域技术的整体解决方案。在这些趋势下，测试测量技术正进入新一轮的发展期，迎来前所未有的成长机遇。2012年2月25日，国内外顶级的测试测量厂商齐聚EDN China在深圳IIC-China展会期间举办的测试测量技术研讨会，他们通过主题演讲、互动交流等方式，就测试测量技术的最新动态、发展趋势以及创新方案等方面进行了分享。 R&S：实时示波器创新提高混合域调试效率 在嵌入式设计和调试中，硬件工程师常常会碰到数字信号和模拟信号、串行信号和并行信号同时出现的情况，传统的调试方式一般使用示波器查看模拟信号，使用逻辑分析仪查看数字信号，软件工程师还需要协议分析仪帮助调试，整个调试过程需要多台仪器帮助完成，系统复杂且成本高昂，而混合示波器兼备了上述三种仪器的主要功能，已成为嵌入式系统设计中的首选仪器。但是当下的混合示波器在实际应用中也往往会面临这样的问题，比如逻辑分析的能力太弱、采样率太低、存储时间太短、检测毛刺能力太差等问题。或者是可能同时具备这几种功能，但在使用其中一种功能时，其他方面的性能有所下降。德国罗德与施瓦茨（R&S）公司被公认为是射频和微波测试测量技术的领导者，他们将70多年的射频技术运用在示波器上，突破了传统示波器瓶颈，形成了时域和频域的整体方案的完美结合，让强大的逻辑分析功能和示波器功能兼得。 2010年，R&S公司发布了RTO系列高性能示波器，该示波器让用户更方便、更快速获得精确结果。而去年年末，该系列示波器又增加了一项新功能，显著拓展了应用范围：它可以通过硬件选件的方式，将RTO变为一台混合信号示波器。除了常规的2个或4个模拟通道，该示波器还具有16路输入频率为400MHz的数字逻辑通道。配备选件后， RTO示波器可以在其模拟和数字部分之间进行时间相关的调试。不仅如此，它首次使用了纯数字触发系统，其触发和获取的数据共用信号路径和相同的时基，因此，其触发抖动极低，且触发信号精准。 为了达到高采样率，传统的方法是利用多个慢速A/D转换器并行工作，并加上时间偏移来重构信号。由于这几个A/D转换器的特性不完全相同，因此在重构时会出现不匹配的现象。而R&S公司采用单核设计，其8位模数转换器有效位可以高达7位，因此动态范围很高，信号失真极小，固有噪声极低。 据R&S区域业务发展总监Samuel LUR介绍，2010年，该公司正式进入示波器领域，基于在测试测量仪器领域的丰富经验，目前已推出了拥有尖端技术的全新示波器，实现了示波器技术从硬件到软件、从模拟到数字的整体开发。对于R&S而言，带给客户更好的测试效果和保真度至关重要，这也是他们在新产品开发中的重点。 谈及在示波器市场的目标时，Samuel LUR表示R&S在测试测量领域占据约30%的市场份额，期望在示波器领域也能达到这样的份额。面对亚洲一些低成本示波器品牌的冲击，R&S会将其多年前收购的德国本土品牌惠美（Hameg）的产品线列入其全球销售的架构中，作为R&S 100%的全资子公司，惠美主要生产经济型的产品，面向低端市场，今年会着重将其产品方案在亚太和美国市场进行推广。目前，R&S在中国已进入了低端手持分析仪市场，Samuel LUR强调会在高、中、低端所有领域服务客户，以客户的需求为主，以保证产品质量为重。 安捷伦：示波器最新技术及其发展趋势 对科技创新和满足客户需求的不懈努力，是安捷伦（Agilent）的一贯追求。目前，在消费电子行业，安捷伦在智能手机、平板电脑研发测试方面，占据了主要地位。国内3G、4G手机芯片制造商，采用的都是安捷伦的DigRF测试方案，MHL官方认证实验室也100%采用了安捷伦方案，为其树立了良好的口碑。 据安捷伦大中国区市场经理杜吉伟介绍，根据第三方调研公司Prime Data的数据，从2002年到2010年，示波器行业的年均增长率约3.5%，而安捷伦的年均增长率约10.6%，远远高于行业平均水平。而在测试测量行业，全球示波器市场占据约12亿美金的规模，大于频谱仪、网络仪等，因此这一领域的竞争也会日趋激烈。 谈及安捷伦的发展思路时，杜吉伟表示，该公司产品范围覆盖非常广泛。在高端示波器市场，安捷伦凭借磷化铟材料技术打下了坚实的基础。以其33GHz模拟带宽的90000X系列实时示波器为例，其前置放大器带宽直接做到了33GHz模拟带宽，这正是因为安捷伦拥有成熟的磷化铟技术以及射频微波三维封装技术，解决了氮化铝散射材料应用在芯片组封装的技术难题，而还没有掌握这种高端技术的公司则必须通过其他办法提升示波器带宽，且目前还不能达到这一指标。 除了高端的材料技术，安捷伦持续在专用芯片方面进行创新、突破。在去年推出的一系列新产品中，最突出的当属2000X 和3000X系列示波器。2000X系列产品集示波器、函数发生器、逻辑分析仪于一身，是3合1产品，3000X系列则集示波器、任意波形发生器、逻辑分析仪、协议分析仪四种功能于一身，是4合1仪器，而在2月28日，安捷伦又揭秘了第五大硬件仪器功能——数字电压表，将其升级为5合1仪器。这一系列产品的核心技术正是MegaZoom IV芯片，从而将先进的测试能力带入了低中端领域。杜吉伟补充道，基于对市场趋势的前瞻性，一部分技术在十几年前就已经集成到芯片中了，通过对成熟技术的简化应用和热门技术的快速采用，其功能日趋多样化，且性能在不断提高。 杜吉伟认为，在高端示波器市场，信号完整性的提升会是主要趋势，安捷伦会推出针对特定应用的一揽子方案。而在中低端示波器领域，因对价格比较敏感，多合一是明显趋势，价格也会逐渐走低，未来的示波器会越来越多地囊括示波器、信号源、电压表、逻辑分析仪、协议分析、频谱分析以及计数器等功能。就安捷伦自身而言，其MegaZoom IV的黑盒子还将会被陆续被打开，对其性能指标和功能进行进一步提升。尽管2012年全球总体经济环境不容乐观，但市场始终有亮点存在，例如3G/4G无线通信、有线通信以及教育领域，都会是安捷伦重点进行推广的市场。 泰克：最新的混合域分析技术及应用 无线通信技术在数据传输方面的爆炸式增长，快速进入并取代了传统的有线通信市场，这种趋势在商业和个人消费市场同时存在，几乎跨越所有行业。与此同时，现代通信还在发生着更多的变化：带宽在快速增加，射频技术逐渐整合到系统设计中，时域上的变化不断增加，所有的产品都无一例外地面临着缩短上市时间、降低投入、增加产出的挑战。 在这一趋势下，泰克（Tektronix）公司认为混合域分析能解决当前设计面临的挑战，从而解决无线设计系统级调试、混合域设计时序分析、跟踪噪声或干扰源等测试挑战。为此，泰克推出了首台混合域分析仪 (MDO) ，它可在一台设备中观测时间相关的模拟、数字和射频信号。MDO4000系列多达21条通道，可全面查看系统特点 ，它还内置了频谱分析 ，可通过一台仪器查看时间相关的模拟信号、数字信号和RF信号，支持4条总线分析 。从结构上来看，MDO4000采用了-经过优化的RF信号采集专用硬件，包括N-接口、硬件下变频电路、集成的前置放大器、RF 阶梯衰减器。它绝不是传统的示波器FFT功能，而是独立的、同时具有时间相关的采集系统，可使用户在两个域同时达到最优的观测效果。 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} MDO混合域分析仪实时捕获带宽超过1GHz，最高为3GHz；可进行时域、频域、数字域和调制域的联合分析；有1GHz模拟通道、16条数字逻辑通道、4路总线解码和触发（包括1553B总线、RS232/422/485、CAN/LIN、I2C/SPI、USB、Ethernet等）；具备射频信号的AvT、FvT和ΦvT的调制域分析功能，模拟信号、数字信号和RF信号都可以作为触发源，全局触发捕获；频谱分析时间能够发现和分析频谱随时间的变化。基于这些功能，该产品实现了多个“业内第一”的记录。 据泰克行业渠道开发经理王跃伟介绍，泰克创新的混合域分析技术特点包括时间相关分析和混合域的信号分析。其中，频域分析显示可用频谱瀑布图来监测频率变化的射频信号现象，内容丰富且简单直观，其频谱分析测量具备RF测量功能（包括信道功率、邻道功率比、占用带宽），时间相关的多域显示可通过频谱分析时间观测。当时域和频域信号同时显示时，频谱总是通过触发捕获得到的，在时间上与整个时域波形相关。而不论来自哪个源，MDO4000的所有触发都是全局性的，这意味着模拟、数字和RF采集都通过同一触发事件触发。MDO4000拥有一个RF功率电平检波器，它连接到触发系统，可测量整个频段的所有RF功率，而不仅仅是当前的分析范围。 王跃伟提到，典型行业的混合域分析方法包括：移动终端的系统分析、RFID的系统分析、RF模块的系统分析、ZigBee的系统测试以及雷达（调频的）系统分析等。在针对ZigBee的系统测试中，其设计挑战包括RF性能、数字基带控制以及电源，可从如下方面进行系统级测量：时域和频域（RF信号频率vs时间曲线），系统控制总线SPI数字命令信号的分组解码，查看SPI总线数据，SPI总线命令与RF信号频谱。此外，还可在电源中增加电阻器，模拟电池耗尽状态，分析电源供电的变化对射频参数的影响。可知电压的降低（电池供电不足）影响了射频的功率，同时，邻道噪声增加。通过比较开关电源供电和线性电源供电，可以明显看到采用开关电源供电时，电压和电流的噪声比较大，对射频的性能有很大影响。 而在分析宽带雷达信号时，传统频谱分析仪由于捕获带宽有限，需要多次捕获才能完成整个频率调制范围的信号，而且数据来自多个周期，无法做线性度分析。MDO4000具有最小1GHz的实时捕获带宽，是解决此类问题的有力工具。 RIGOL：本土测试测量技术的创新 2011年下半年， 普源精电（RIGOL）陆续发布“四大金刚”系列产品，该系列产品以独特的视点和技术优势填补了市场空白，使工程师们的诸多需求成为现实。据RIGOL应用工程师叶昊生介绍，“四大金刚”之一是DG4000系列双通道函数/任意波形发生器，最高可输出160MHz正弦波，具有500MSa/s采样率，14位垂直分辨率，集函数发生器、任意波形发生器、脉冲发生器和谐波发生器功能于一身，是一款高性能、多功能、性价比突出的实力产品。 而“四大金刚”之二——DS4000系列数字示波器采用了RIGOL 独创的UltraVision技术，可实现深存储，高波形捕获率，实时波形录制及回放功能，多级灰度显示等功能。它配置了500MHz/350MHz/200MHz/100MHz四个级别带宽，实时采样率高达4GSa/s，分别提供2通道和4通道型号共8个型号，标配存储深度达 140Mpts，波形捕获率达110，000 个波形每秒，硬件实时波形不间断录制和波形分析功能支持录制高达20万个波形，多达256级的灰度显示等等。这款产品整体性能达到了国际先进水平，性能指标均属于市场主流范围，可谓是RIGOL在主流示波器领域的创新力作。 随着电子行业在微波射频方面的发展，频谱分析仪的应用也越来越广，RIGOL继续推出“四大金刚”之三：市场上首款万元价格的DSA800系列数字频谱仪，将经济型数字频谱仪的性价比做到了极致。DSA800系列频谱分析仪在性能上精心把握用户需求，其频率范围在9 kHz～1.5 GHz之间，显示平均噪声电平（DANL）-135 dBm（典型值），相位噪声-80 dBc/Hz（偏移10 kHz），全幅度精度<1.5 dB，最小分辨率带宽（RBW）100 Hz 。 截止本文截稿之时，RIGOL推出了“四大金刚”系列的又一力作—— DS2000系列经济型数字示波器。这款产品立足于RIGOL研发的新一代设计平台，继承了DS6000、DS4000主流示波器的众多优点，各项指标在同类产品中力拔头筹，在性价比方面也极具竞争力。随着这款经济型示波器的推出， “四大金刚”系列产品已经全部与用户见面。 叶昊生介绍，RIGOL不仅在示波器技术方面进行着持续创新，而且在多样化的产品覆盖方面也有了更多成果。预估未来，市场不仅需要高端的产品方案来提供更高的带宽、更强的性能和更丰富的功能，同时，经济型的示波器也将更加普及化，作为简单易用、成本低廉的必备工具。 力科：高速串行数据面临的新挑战 二十多年来，力科（LeCroy）专注于示波器创造，致力于准确地捕获、测量和显示信号，满足查看、调试、验证或检查标准的一致性，通过集成硬件和软件结构、缩短测量时间，应用深入的调试和分析工具箱、以数字方式和可视方式提取实用信息，并通过量身定制扩展工程师的能力。 通过超越极限、突破传统的持续创新，力科对示波器的重要指标进行了不断地提升，将其产品带宽逐渐从30GHz提升到45GHz、60GHz，并推出了业界唯一的12位ADC示波器WaveRunner HRO 6Zi和最大20通道、通道数量可灵活配置的LabMaster 9Zi/10Zi。其更多的创新还包括可旋转屏幕、可拆卸面板以及可灵活配置通道数量等。 随着云计算、移动计算、智能手机、高清视频等带来的网络带宽的迅猛增加，业界对高速信号传输也提出了更有挑战的要求：速率更高——超过10Gbps；通道数更多——4通道以上；接收机测试已非选测——规范要求进行接收机容限测试；协议层更加复杂——需要解码分析。 针对这些挑战，力科推出了全面的解决方案，包括全新的多通道、高带宽示波器；配合高性能示波器的专业分析软件；12端口、30GHz专业信号完整性分析仪SPARQ；具有协议握手能力的误码分析仪PeRT3；USB3/PCIE GEN3全套测试解决方案。 据力科华南地区经理汪进进介绍，该公司全面创新的LabMaster 10Zi不只有全面领先的硬件指标，更具有良好的信号洞察力。其三大核心专利技术包括：8HP 锗化硅（SiGe）36 GHz 芯片组、数字通道复用（Digital Bandwidth Interleave）、LabMaster 通道同步（ChannelSync） 结构，从而使它集成了力科的传统优势，即强大的分析与调试能力，快速的分析处理和响应速度，全面的异常捕获能力，完善的串行数据测试解决方案等。其最高硬件模拟带宽可达60GHz，最高采样率可达160GS/s，最高可分析存储深度为1024MS，前端芯片组模拟带宽为36GHz，四通道36GHz时，采样率为80GS/s。此外，其通道数可扩展为10通道、20通道，而竞争产品则无此功能。 利用SDA II串行数据分析软件，力科可采用实时眼图生成方法来形成眼图，如今该方法已成为眼图测量的行业标准。其眼图测量步骤简洁，人机界面友好，可很快形成眼图，并可自定义眼图模板，具有独特的模板失败定位跟踪功能，预测不同误码率条件下的眼图。除了传统的抖动测量方法以外，它还提供第二种抖动分解方法，结果更接近误码率测试仪的结果。此外，Eye Doctor II信号完整性仿真软件包、QualiPHY一致性测试软件以及协议分析软件都可与力科的测量仪器进行良好的配合，提供精度更高、更完善的测试服务。 针对最新的USB3.0/PCI Express 3.0规范，汪进进也进行了介绍。力科USB3.0全套测试解决方案包括SDA813Zi-A + PeRT3 + RF Switch ，PCIE GEN3全套测试解决方案包括SDA820Zi-A + PeRT3 + SPARQ ，可全自动测量TX和RX所有项目。 《电子设计技术》网站版权所有，谢绝转载