普源示波器DS81304在信號測試分析中的優(yōu)勢和主要應(yīng)用場景
最近,普源精電推出了一款13GHz帶寬的示波器DS81304,。有些小伙伴會好奇,為什么普源示波器的帶寬會從5GHz跳到13GHz,為什么不是到10GHz或者15GHz呢?13GHz的示波器又能干些什么呢?下面講為大家介紹,為什么DS81304設(shè)計為13GHz帶寬,以及DS81304相比5GHz帶寬的DS70504又能有什么特點。
為什么是13GHz帶寬?
想要解釋這個問題,我們可以先看一下下方的表格,目前常用的通訊協(xié)議速率及測試所需帶寬。
表一 常見通訊協(xié)議示波器測量帶寬需求
協(xié)會 | 子協(xié)議 | 版本 | Lane/單線符號或數(shù)據(jù)速率 | 示波器帶寬要求 |
PCI-SIG | PCIe | 2.0/Gen2 | 5GT/s | 12GHz&40GSa/s(接收機測試12GHz) |
JEDEC | DDR | DDR3 | 800-2133MT/s | 8GHz/推薦性能12.5GHz |
LPDDR | LPDDR3/DDR3L | 最高1600MT/s | 12.5GHz | |
LPDDR4/4x/4y | 最高4266MT/s | 12.5GHz | ||
HDMI/hdmiform | HDMI | HDMI2.1 TMDS&HDMI1.4b | 5.94Gbs | 13GHz |
MIPI | MIPI D-PHY | V2.1 | 4.5 Gbps | 12.5GHz |
MIPI M-PHY | 2.0/Gear2 | 2.92Gbps | 12GHz | |
MIPI C-PHY | V1.1 | 4.5Gsps | 12GHz | |
USB | USB3.2 | Gen1/Gen1*2 | 5Gbps | 12.5GHz |
從表一可以看出,不少的通訊協(xié)議進(jìn)行測試所需要的帶寬在12GHz或者12.5GHz。如果示波器選擇在10GHz會導(dǎo)致無法對這些協(xié)議信號進(jìn)行覆蓋。而往上一層的協(xié)議如GDDR5,HDMI2.1 FRL,MIPI3.0等速率需求往往達(dá)到20GHz,所以選擇15GHz 也不會使得其覆蓋范圍變得更大。
DS81304特點
DS81304的使用場景可以分為基礎(chǔ)測量與協(xié)議分析兩種。
基礎(chǔ)測量方面我們可以與DS70504進(jìn)行對比:
表2 DS81304與DS70504對比
DS81304 | DS70504 | |
帶寬 | 13GHz | 5GHz |
采樣率 | 40GSa/s | 20GSa/s |
最大存儲深度 | 4Gpts | 2Gpts |
上升/下降時間 | ≤50 ps | ≤108 ps |
水平時基范圍 | 20ps/div-1ks/div | 50ps/div-1ks/div |
從表2可以看常,DS81304在帶寬、采樣率、上升/下降時間上有著顯著提升。因此,高頻率范圍的高帶寬示波器主要應(yīng)用在需要處理和分析高頻信號的行業(yè),所以DS81304可以應(yīng)用于射頻\無線通信,激光設(shè)備,高速電子設(shè)備等領(lǐng)域。搭配實時眼圖、抖動分析、自動測量等測試功能,可以完成對高速信號的質(zhì)量分析。
除了常規(guī)的基礎(chǔ)測量,DS81304還可以基于采集到的通訊信號進(jìn)行一致性分析,判斷通信質(zhì)量以及是否符合協(xié)會要求標(biāo)準(zhǔn)。
表3 DS81304的一致性測試項目
測試項目 | 所需帶寬 |
PCIe1.0 | 6GHz |
PCIe2.0 | 12GHz |
DDR1/2/3 | 2.5/3.5/8GHz |
LPDDR3/4 | 12,5GHz |
HDMI 1.4b | 8GHz |
HDMI2.1 TMDS & HDMI1.4b | 13GHz |
MIPI D-PHY V1.0/1.1/1.2/2.1 | 2.5/4/6/12.5GHz |
MIPI M-PHY 1.0/2.0 | 6/12GHz |
MIPI C-PHY V1.0/1.1 | 8/12GHz |
USB 2.0/3.0/3.1 | 2.5/12.5GHz |
LAN 100M/1000M | 1GHz |
DS81304除了在DS70504的USB2.0與百兆/千兆以太網(wǎng)基礎(chǔ)上進(jìn)一步加入USB3.0以外,還會加入如PCIe、MIPI、HDMI等信號的一致性分析功能。示波器內(nèi)置的一致性測試不僅能夠?qū)С鰷y試報告,還能極大程度節(jié)省工程師測量的時間。
高速示波器的具體應(yīng)用場景
高速數(shù)字電路測試
1.1 PCIe、USB和SATA接口
現(xiàn)代計算機系統(tǒng)廣泛使用PCIe、USB 3.0/3.1和SATA等高速接口,這些接口的數(shù)據(jù)傳輸速率非常高,需要高帶寬的示波器來捕捉信號的細(xì)節(jié)。
眼圖分析:通過眼圖分析評估信號質(zhì)量和抖動。
協(xié)議解碼:對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行解碼和分析,檢查數(shù)據(jù)完整性和正確性。
1.2 DDR內(nèi)存
DDR4和即將推出的DDR5內(nèi)存的時鐘頻率也非常高,高帶寬示波器能夠準(zhǔn)確地捕捉內(nèi)存訪問時的信號特征。
時序驗證:確保讀寫操作的時序符合規(guī)范。
噪聲分析:檢查信號中的噪聲和串?dāng)_,優(yōu)化PCB設(shè)計。
通信領(lǐng)域
2.1 光纖通信
在光纖通信中,傳輸速率可以達(dá)到數(shù)十Gbps,13GHz帶寬的示波器能有效捕捉和分析這些超高速信號。
誤碼率測試:通過分析接收信號,檢查誤碼率(BER),確保通信鏈路的可靠性。
調(diào)制格式分析:對于更先進(jìn)的調(diào)制方案,如QAM,示波器可以提供調(diào)制域分析。
2.2 5G無線通信
5G技術(shù)的高頻段(毫米波)需要高帶寬示波器來進(jìn)行信號測量和分析。
EVM(誤差向量幅度)測量:評估發(fā)射機的調(diào)制質(zhì)量。
時域和頻域分析:同時觀察信號的時域和頻域特性。
微波和射頻(RF)應(yīng)用
3.1 雷達(dá)系統(tǒng)
雷達(dá)系統(tǒng)常常工作在微波和毫米波頻段,13GHz帶寬的示波器能夠捕捉這些高頻信號。
脈沖分析:檢測和分析雷達(dá)脈沖信號的特性,如脈寬、上升時間和下降時間。
頻譜分析:監(jiān)測和分析雷達(dá)信號的頻譜,以確定其頻譜純度和帶寬。
3.2 無線電設(shè)備
包括航空電子設(shè)備、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等,需要對相控陣天線和射頻前端進(jìn)行測試。
相位噪聲測量:評估振蕩器的相位噪聲性能。
互調(diào)失真:檢查多信號混合下的互調(diào)失真,優(yōu)化射頻前端設(shè)計。
半導(dǎo)體測試
4.1 晶圓級測試
在半導(dǎo)體制造過程中,需要對晶圓上的高速接口和邏輯電路進(jìn)行測試。
TDR(時域反射計)測量:用于檢查封裝和連接器的阻抗匹配問題。
Jitter分析:評估晶振和時鐘電路的抖動,確保高頻信號的穩(wěn)定性。
4.2 封裝級測試
封裝后的芯片需要進(jìn)行功能和性能測試,高帶寬示波器能夠捕捉封裝內(nèi)部的高頻信號。
信號完整性分析:確保封裝內(nèi)外的信號沒有失真。
功耗分析:測量高速接口在不同工作狀態(tài)下的功耗。
科研和教育
5.1 高能物理實驗
在高能物理研究中,粒子的運動和碰撞產(chǎn)生的信號頻率非常高,需要高帶寬的示波器進(jìn)行測量。
瞬態(tài)事件捕捉:記錄和分析短暫的高頻現(xiàn)象,如粒子碰撞產(chǎn)生的信號。
同步測量:與其他測量設(shè)備同步,進(jìn)行多通道數(shù)據(jù)采集。
5.2 教學(xué)實驗
高帶寬示波器也可以用于大學(xué)和科研機構(gòu)的教學(xué)實驗,幫助學(xué)生了解和掌握高頻電子和通信理論。
實驗課程:開展高速信號處理和微波技術(shù)的實驗課程。
研究項目:支持學(xué)生和研究人員進(jìn)行創(chuàng)新性的高頻電路和系統(tǒng)研究。
技術(shù)支持