太比特光数据通信、下一代数字总线标准、高速I/O和新的无线标准等技术都要求多通道测试系统具有更高的带宽和更精确的测量。
同样，新兴的毫米波应用要求更宽的带宽。例如，802.11ay在60ghz频段要求约4ghz的带宽。误差矢量幅度(EVM)等波形质量测量需要较高的信号完整性，特别是在多ghz信号带宽上采用高阶调制方案时。
因此，Keysight设计了定制asic，为示波器提供110 GHz的硬件带宽，比同类其他示波器的信号完整性更高。该技术已优化到13 GHz，提供了一个新的示波器系列，以推进高速数字设计、无线和射频领域的发展。Keysight的Infiniium uxr系列示波器是第一个实现超过40 GHz带宽且没有频率交错的示波器，该过程会给您的测试信号增加噪声和失真。
信号之旅
为了了解Keysight示波器的新技术，让我们跟随一个信号通过UXR的旅程(图1)。
首先，信号将通过通道进入。开发高带宽示波器的一个挑战是通道。通道中的反射会导致测量不准确。标准3.5毫米连接器只能精确到40 GHz以下。因此，33 GHz及以下型号使用坚固的3.5 mm连接器，Keysight的传统AutoProbe II接口支持传统的SMA连接，工程师可能已经在他们的实验室工作台上拥有Infiniium探头。对于40 GHz到70 GHz的型号，Keysight使用了1.85毫米技术，这是一个更微妙的技术，但扩展了带宽能力。为了支持80 GHz及以上频段，Keysight使用了1毫米连接器，这是支持高达110 GHz毫米波技术的行业标准。这些连接器更脆弱，需要适配器来连接传统探针，但如果您在这些带宽下进行测试，则更有可能将电缆直接连接到1毫米输入，而不是使用手持探针，以保持信号的完整性。
图1:UXR示波器的简化框图。
从前端连接器，信号被发送到机械衰减器。然后，信号被直接送入前置放大器，前置放大器是前端模块上的第一个组件。虽然这听起来很简单，但这是UXR示波器和其他高带宽示波器之间的关键区别之一。前端模块由Keysight专有的磷化铟(InP)芯片组组成，通过法拉第笼技术防止噪声和干扰。它被定制设计为110 GHz信号供电，同时将噪声保持到最低(图2)。
图2:110 GHz UXR示波器的前端模块。
这是一个关键的区别，因为硬件可以支持示波器的全带宽。其他高带宽示波器必须使用频率交织来实现带宽，因为示波器内部的芯片技术是有限的。频率交错可以使示波器的带宽增加一倍甚至三倍，超出其芯片组的原始硬件能力。代价是额外的电路增加了显著的噪声和失真的测量，然后放大的前置放大器。此外，数字信号处理用于将信号组件重新拼接在一起，这可能会给信号增加更多的噪声。这一切都发生在示波器的前端，在采集开始之前。
由于前置放大器能够接受110 GHz信号而没有衰减，UXR可以放弃频率交织，保持被测信号。设计硬件以支持更高带宽而不进行频率交织的一个权衡是上市时间。然而，性能上的改进是非常值得设计的。
在信号通过衰减器和前置放大器后，信号被发送到256gsa /s采样器(也是为InP的UXR设计的)和触发器比较器。256gsa /s高速采样器在一个称为时间交织的过程中使系统其余部分的信号变慢。与频率交错不同，时间交错是由振荡器板精心控制的。现在收购开始了。信号进入一个10位ADC阵列-每个ADC芯片接收64 GSa/s。10位adc的垂直分辨率是8位adc的4倍。
模拟信号现在转换为数字信息，被发送到Keysight的新型内存控制器，该控制器可以读取和写入一个现代2.5D内存存储设备，该设备支持2gb的深度内存。还记得触发器比较器吗?这也向内存控制器发送了触发器信息。内存控制器支持过滤、去嵌入、触发和其他高级硬件功能。它甚至有一个用于绘制波形的总线，以减少FPGA中所做的工作，加快示波器的性能。内存控制器将所有这些信息发送到FPGA, FPGA通过PCI express与CPU通信，在示波器的屏幕上显示信号和测量值。
每个110 GHz通道都有自己的采集板，因此您总是可以访问每个通道上的全部带宽和内存深度。
这种示波器设计实现了新的行业最佳。
UXR提供:
- 4个全带宽通道，带宽高达110 GHz开云体育官网登录平台网址
- 低至210 uVrms噪音在10 mV/分
- 在1us/div时，固有抖动只有25 fs rms
- 通道间固有抖动rms小于10 fs
- 最高可达6.8有效位
为什么这些很重要?
对于新兴的高达110 GHz的毫米波应用，高性能数字示波器技术为工程师在分析宽带宽毫米波信号时提供了额外的工具。直接数字化毫米波信号并使用应用软件进行后处理，使工程师能够直接测量宽带毫米波信号，补充了使用低带宽示波器的外部下转换器的传统方法。UXR的精度高达6.8有效位，即使在高阶调制方案下，也可以像802.11ay一样执行宽带EVM测量。
高速数字行业的任何人都可以告诉你，随着新一代传统技术成为标准，测试利润率正在下降。设计周期比以往任何时候都短，随着现有硬件的极限达到，合规变得越来越困难。以前，比特传输之间有很长的时间，设置和上升时间测试只需要通过规范。现在，通过合规性不仅需要严格的掩码测试验证，还需要信道前后的均衡。毫伏的噪音就能决定是否遵守规定。UXR的信号完整性降低了由于示波器噪声和抖动过大而导致的不合规风险。噪声下限低至210 uVrms, 10mV/division，内部抖动只有25 fs，眼睛会更宽，您可以更有信心通过符合性测试。
在太比特和光学研究方面，有限的测试设备阻碍了实现下一代技术突破。要达到比以往任何时候都更高的调制标准，需要测量系统具有极高的信号完整性、高带宽和多通道来破译完整的相干接收机设计。开云体育官网登录平台网址雏菊链单通道仪器的成本高得令人望而却步，而且准确度很高。菊花链测量设备之间的通道间抖动会妨碍清晰地查看信号的能力。4个高带宽通道，通道间只有10 fs的固开云体育官网登录平台网址有抖动，可以实现以前无法进行的光学测量。
结论
UXR是一件一件地设计的，目的是使未来的研究在一系列不同的应用中具有新的行业最佳规格。Keysight的新技术块使UXR恢复到传统的，干净的示波器设计实践，没有频率交错，从而提高了每个类别的信号保真度。欲了解更多信息，请访问www.keysight.com/find/UXR．