是德科技的infinium uxr系列示波器-信号之旅

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要求在多通道测试系统中使用更高的带宽和更精确的测量。

同样，新兴的毫米波应用也需要更宽的带宽。例如，802.11ay在60ghz频段中需要大约4ghz的带宽。误差矢量幅度(EVM)等波形质量测量需要高信号完整性，特别是在高阶调制方案下的多ghz信号带宽。

因此，是德科技设计了定制asic，在示波器中为110 GHz的硬件带宽供电，其信号完整性比同类任何其他示波器都要高。该技术已优化到13 GHz，提供了一个新的示波器家族，以推进高速数字设计，无线和射频的世界。是德科技的Infiniium uxr系列示波器是第一个实现超过40 GHz带宽的示波器，没有频率交错，这一过程会增加测试信号的噪声和失真。

信号之旅

为了理解是德科技新型示波器中的新技术，让我们跟随信号通过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 mm连接器仅在40ghz以下准确。因此，33 GHz及以下型号使用坚固的3.5 mm连接器，是德科技的传统AutoProbe II接口支持传统的SMA连接，以及工程师可能已经在实验室工作台上使用的Infiniium探头。对于40 GHz到70 GHz的型号，是德科技使用1.85毫米技术，这是更微妙的，但扩展了带宽能力。为了支持80 GHz及以上频率，是德科技使用了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，需要适配器连接传统探头，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，而不是使用手持探头，以保持信号完整性。

图1:UXR示波器的简化框图。

从前端连接器，信号被发送到一个机械衰减器。然后，信号被直接发送到前置放大器，前端模块上的第一个组件。虽然这听起来很简单，但这是UXR示波器与其他高带宽示波器之间的关键区别之一。前端模块由是德科技专有的磷化铟(InP)芯片组组成，通过法拉第笼技术保护其免受噪声和干扰。它是为110ghz信号提供电源的定制设计，同时将噪声保持在最低水平(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。其他高带宽示波器由于其内部芯片技术有限，必须采用频率交错来实现其带宽。频率交错可以使示波器的带宽超出其芯片组的原始硬件能力的两倍甚至三倍。权衡是额外的电路，增加显著的噪声和失真测量，然后由前置放大器放大。此外，数字信号处理用于将信号成分拼接在一起，这可能会给信号增加更多的噪声。在采集开始之前，这一切都发生在示波器的前端。

前置放大器能够接受110 GHz信号而不衰减，UXR可以放弃频率交错，保留被测信号。设计硬件以支持更高带宽而没有频率交错的折衷之一是上市时间。然而，性能上的改进是值得设计的。

在信号通过衰减器和前置放大器后，信号被发送到256 GSa/s的采样器(也专门为带InP的UXR设计)和触发比较器。256 GSa/s的高速采样器在称为时间交错的过程中减慢了系统其余部分的信号。与频率交错不同，时间交错是用振荡器板仔细控制的。现在收购开始了。信号进入一个10位ADC阵列-每个ADC芯片接受64gsa /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，被发送到是德科技的新存储器控制器，读取和写入一个现代的2.5D内存存储设备，使2gb的深度内存。还记得触发比较器吗?这也向内存控制器发送了触发信息。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，在示波器屏幕上显示您的信号和测量值。

每个110 GHz通道都有自己的采集板，因此您始终可以访问每个通道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规定:

• 四个全带宽通道，带宽高达110 GHz开云体育官网登录平台网址
• 低至210 uVrms的噪音在10毫伏/分
• 只有25毫秒的内在抖动在1us/div
• 通道间固有抖动小于10秒
• 高达6.8位有效位

为什么这些都很重要?

对于高达110 GHz的新兴毫米波应用，高性能数字示波器技术为工程师提供了在分析宽带毫米波信号时获得洞察力的额外工具。直接将毫米波信号数字化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，补充了使用外部下变频器与低带宽示波器的更传统方法。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一样进行宽带EVM测量。

高速数字行业的任何人都可以告诉您，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要短，随着现有硬件的极限已经达到，遵从性正变得越来越难以通过。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，还需要前后通道均衡。毫伏的噪音可以决定是否符合要求。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。噪声底低至210 uVrms, 10mV/division，只有25 fs的固有抖动，眼睛会更宽，您可以更有信心地通过合规测试。

在太比特和光学研究中，由于测试设备有限，下一代技术的突破一直受到阻碍。要达到比以往更高的调制标准，需要具有极高信号完整性、高带宽和多通道的测量系统来破译完整的相干接收器设计。开云体育官网登录平台网址雏菊链式单通道仪器可能成本过高且高度不准确。菊花链测量装置之间的通道间抖动会妨碍清晰地观察信号的能力。四个高带宽通道，只有10秒的通道间固有抖开云体育官网登录平台网址动，可以实现以前无法实现的光学测量。

结论

UXR是一个接一个设计的，目的是为了在未来的研究中使用新的行业最佳规格的不同应用程序。是德科技的新技术模块使UXR能够恢复到传统的，干净的示波器设计实践，而没有频率交错，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．