泰克Tektronix MDO4000 新示波器跨越工程师的迫切需求
2012-04-09
泰克 Tektronix 公司的MDO4000系列示波器能满足目前设计工程师对跨越各种信号类型和域的仪器的迫切需求。
MDO4000的“让人由衷赞美的”因素是它既是一款示波器也是一款频谱分析仪，整个外包装只有5.8英寸深。据泰克公司称，MDO4000是全球首款混合域示波器，能够捕捉时间上关联的模拟、数字和射频信号，并能帮助用户查看射频频谱是如何随时间变化的（图1）。
该仪器的内置频谱分析仪提供一个3GHz或6GHz的射频端口，能够满足嵌入式系统设计人员遇到的绝大多数无线测试需求。这种性能增强了的分析仪在所有中心频率点都有至少1GHz的捕捉带宽，比典型频谱分析仪要明显宽得多。
同样，安捷伦科技（Agilent）的M8190A任意波形发生器能够提供纯净的输出，因此非常适合用于数字雷达系统的开发。而吉时利仪器（Keithley Instruments）公司针对其4200-SCS半导体特性分析系统推出的4225-PMU电流-电压（I-V）模块则是模块化风格的完美代表。这三种产品是2011年测试与测量领域中的佼佼者。
“让人由衷赞美的”因素
设计工程师经常发现自己在排查无线系统设计问题时需要采集和分析模拟、数字及射频信号，因此一般需要同时用到示波器和频谱分析仪。事实上，最近泰克公司发起的客户调查结果表明，64%的示波器用户也经常使用频谱分析仪。
利用示波器以时间关联方式显示所有信号的能力，设计工程师可以观察到彼此精确关联的所有模拟、数字和射频信号，这将对嵌入式系统的排错非常有利。该示波器可以提供多达21个通道（4个模拟、16个数字、1个射频）以及500MHz或1GHz的模拟带宽。
针对频谱分析应用，MDO4000仪器不仅提供用于快速、方便的信号峰值识别的自动标记，还提供用于测量感兴趣的非峰值区的人工标记。频谱视图则提供了缓慢变化的射频现象。
MDO4000示波器本身是基于MSO4000B系列开发的，可提供50000波形/秒的最大波形捕捉速度。示波器共有125种触发组合，包括针对串行包内容的触发能力。示波器的MagnaVu高速数字采集功能可提供60.6ps分辨率。与典型无源探测器相比，低电容无源探测组件可以提供两倍的带宽（1GHz）和一半的负荷（4pF）。
任意波形发生器
与此同时，似乎每个设计都在趋于数字化，雷达系统也不例外。雷达设备设计人员越来越多地依赖具有大动态范围的发送/接收模块进行特别低电平信号的检测。这些模块的下一代产品将包含数字I/Q或数字中频功能，以及极高速的数字总线，这转而推动了对支持从模拟转向数字雷达系统的现代测试设备的需求。
安捷伦推出的M8190A任意波形发生器在14位分辨率时可提供高达80dBc的无杂散动态范围（图2）。该仪器提供可切换的分辨率，因为数模转换器（DAC）在14位分辨率时工作在8Gsamples/s，在12位分辨率时工作在12Gsamples/s。这样，用户可以针对特定的测量决定是需要更高的带宽还是更高的分辨率。
在用于产生高频信号的传统I/Q调制方案中，是先采用一对DAC产生基带信号，然后再调制到射频。这种方案通常能很好的工作，但输出可能会受到杂散信号的影响。这些毛刺不会影响信号的最终稳定值，但它们会破坏输出信号的频谱内容。风险是可能会将这些毛刺误解为模拟输出。
调制调整可以平滑毛刺，但随着时间和温度的变化，平滑效果不能一直保持。安捷伦公司M8190A中采用的专有DAC可提供低约70dB的互调性能。如果对您的测量来说频率足够高，那么可以直接使用M8190A的输出，也可以将它混频至射频。
去除DAC输出毛刺的秘诀在于在组成DAC的26个电流源的每个电流源上使用再取样开关。每个开关只处理一个电流值：开或关，使得处理过程特别线性。然后在电阻终端中将各个值累加起来得到最终的输出信号。
虽然分辨率和带宽很重要，但在实际的测试场合，任意波形发生器需要大量内存实现长的播放时间。M8190A拥有高达2Gsamples的波形内存，在最高采样率时可以产生1/6秒的播放时间。
通过有序使用可以将上述内存的性能发挥至极致。该内存可分成最多256000个段，每个段最多可以环回40亿次，而且支持三级排序。高级模式允许建立非常复杂的波形。M8190A还具有实时内存访问选项功能。
M8190A包括三个用户可选的放大器，每个放大器针对不同的信号特性进行了优化。第一个放大器针对I/Q信号发生作了优化，第二个放大器针对带宽高达5GHz的高带宽中频/射频应用作了优化，第三个针对要求低抖动和低上冲的时域应用作了优化。
M8190A的配置包括一个5槽道的AXIe机箱，可以装下两台带系统控制控制器的M8190A任意波形发生器和用于PCI Express连接的外部支持模块（ESM）。这种配置只需增加一个监视器就能形成一台完整的仪器。还有一种双槽道的AXIe机箱配置，可以容纳一台任意波形发生器及ESM。这种配置还需要一台带PCI Express卡的PC机或笔记本电脑。
在用于产生信号波形时，用户可以有许多种选项，包括Matlab、LabVIEW或用微软Visual Studio创建的定制软件。
模块化＝多功能性
模块化仪器的优点是无需投资一台全新仪器就能完成产品的升级、扩容或改进。吉时利仪器推出的型号4200-SCS半导体特性分析系统就是这样一种模块化仪器。这台分析仪最新增加的配件是型号为4225-PMU的超快速电流-电压（I-V）模块，该模块向4200-SCS系统增加了超快速电压波形发生和电流/电压测量功能。
为什么进行器件、新材料和新工艺特性分析的工程师需要超快速的I-V？这是因为对器件、材料和工艺进行完整的特性分析需要三种类型的测量：精确的直流I-V，交流阻抗和超快速或瞬时I-V。在向4200-SCS系统增加4225-PMU选件时，吉时利公司对仪器的功能作了进一步完善。该选件使得4200-SCS特性分析系统能够服务于各种新兴应用，从高k值电介质到小规模CMOS、闪存或相变内存中的绝缘硅（SOI）。
吉时利公司开发4200-SCS系统的目标是通过使用基于GUI的点击界面使特性分析更加方便。在增加超快速I-V测试功能时目标同样如此。此外，该公司希望4225-PMU选件在外观、工作和感觉上像普通高分辨率源测量单元（SMU）一样容易使用。
达到这些目标要求这种模块的测量范围非常广泛，并且需要具有同样广泛的动态范围，还要求简化互连。结果是在相对高分辨率条件下能够完成特别快速地测量。电流分辨率范围从1A至1pA。虽然前代4200-SMU快速I-V模块支持快至10ms的测量速度，但4225-PMU可以使某些更大电流的测量速度快至10ns，同时尽可能保持接近约翰逊噪声（Johnson noise）极限值。
每个4225-PMU模块提供两个集成的源与测量通道，但在组成系统的9槽道主机机架中只占用1个槽道。每个机架可以安装多达4个模块，因此最多可提供8个超快速的源/测量通道。每个通道整合了高速电压输出（脉宽范围从60ns至直流）以及同步电流与电压测量功能。
该模块提供高速电压脉冲以及同步电流与电压测量功能，每个通道使用两个转换器（每卡有4个通道），在使用14位模数转换器（ADC）时采样率高达200Msamples/s。用户可以选择两种电压源范围（1Mohm输入，±10V或±40V）以及4种电流测量范围（800mA、200mA、10mA、100μA）。
每个4225-PMU模块可以配备多达2个可选的4225-RPM远程放大器/开关，它们能提供4种额外的低电流范围。这些远程放大器/开关还能减少电缆电容效应，并支持在4225-PMU模块和机架内安装的其它SMU之间自动切换。
MDO4000的“让人由衷赞美的”因素是它既是一款示波器也是一款频谱分析仪，整个外包装只有5.8英寸深。据泰克公司称，MDO4000是全球首款混合域示波器，能够捕捉时间上关联的模拟、数字和射频信号，并能帮助用户查看射频频谱是如何随时间变化的（图1）。
该仪器的内置频谱分析仪提供一个3GHz或6GHz的射频端口，能够满足嵌入式系统设计人员遇到的绝大多数无线测试需求。这种性能增强了的分析仪在所有中心频率点都有至少1GHz的捕捉带宽，比典型频谱分析仪要明显宽得多。
同样，安捷伦科技（Agilent）的M8190A任意波形发生器能够提供纯净的输出，因此非常适合用于数字雷达系统的开发。而吉时利仪器（Keithley Instruments）公司针对其4200-SCS半导体特性分析系统推出的4225-PMU电流-电压（I-V）模块则是模块化风格的完美代表。这三种产品是2011年测试与测量领域中的佼佼者。
“让人由衷赞美的”因素
设计工程师经常发现自己在排查无线系统设计问题时需要采集和分析模拟、数字及射频信号，因此一般需要同时用到示波器和频谱分析仪。事实上，最近泰克公司发起的客户调查结果表明，64%的示波器用户也经常使用频谱分析仪。
利用示波器以时间关联方式显示所有信号的能力，设计工程师可以观察到彼此精确关联的所有模拟、数字和射频信号，这将对嵌入式系统的排错非常有利。该示波器可以提供多达21个通道（4个模拟、16个数字、1个射频）以及500MHz或1GHz的模拟带宽。
针对频谱分析应用，MDO4000仪器不仅提供用于快速、方便的信号峰值识别的自动标记，还提供用于测量感兴趣的非峰值区的人工标记。频谱视图则提供了缓慢变化的射频现象。
MDO4000示波器本身是基于MSO4000B系列开发的，可提供50000波形/秒的最大波形捕捉速度。示波器共有125种触发组合，包括针对串行包内容的触发能力。示波器的MagnaVu高速数字采集功能可提供60.6ps分辨率。与典型无源探测器相比，低电容无源探测组件可以提供两倍的带宽（1GHz）和一半的负荷（4pF）。
任意波形发生器
与此同时，似乎每个设计都在趋于数字化，雷达系统也不例外。雷达设备设计人员越来越多地依赖具有大动态范围的发送/接收模块进行特别低电平信号的检测。这些模块的下一代产品将包含数字I/Q或数字中频功能，以及极高速的数字总线，这转而推动了对支持从模拟转向数字雷达系统的现代测试设备的需求。
安捷伦推出的M8190A任意波形发生器在14位分辨率时可提供高达80dBc的无杂散动态范围（图2）。该仪器提供可切换的分辨率，因为数模转换器（DAC）在14位分辨率时工作在8Gsamples/s，在12位分辨率时工作在12Gsamples/s。这样，用户可以针对特定的测量决定是需要更高的带宽还是更高的分辨率。
在用于产生高频信号的传统I/Q调制方案中，是先采用一对DAC产生基带信号，然后再调制到射频。这种方案通常能很好的工作，但输出可能会受到杂散信号的影响。这些毛刺不会影响信号的最终稳定值，但它们会破坏输出信号的频谱内容。风险是可能会将这些毛刺误解为模拟输出。
调制调整可以平滑毛刺，但随着时间和温度的变化，平滑效果不能一直保持。安捷伦公司M8190A中采用的专有DAC可提供低约70dB的互调性能。如果对您的测量来说频率足够高，那么可以直接使用M8190A的输出，也可以将它混频至射频。
去除DAC输出毛刺的秘诀在于在组成DAC的26个电流源的每个电流源上使用再取样开关。每个开关只处理一个电流值：开或关，使得处理过程特别线性。然后在电阻终端中将各个值累加起来得到最终的输出信号。
虽然分辨率和带宽很重要，但在实际的测试场合，任意波形发生器需要大量内存实现长的播放时间。M8190A拥有高达2Gsamples的波形内存，在最高采样率时可以产生1/6秒的播放时间。
通过有序使用可以将上述内存的性能发挥至极致。该内存可分成最多256000个段，每个段最多可以环回40亿次，而且支持三级排序。高级模式允许建立非常复杂的波形。M8190A还具有实时内存访问选项功能。
M8190A包括三个用户可选的放大器，每个放大器针对不同的信号特性进行了优化。第一个放大器针对I/Q信号发生作了优化，第二个放大器针对带宽高达5GHz的高带宽中频/射频应用作了优化，第三个针对要求低抖动和低上冲的时域应用作了优化。
M8190A的配置包括一个5槽道的AXIe机箱，可以装下两台带系统控制控制器的M8190A任意波形发生器和用于PCI Express连接的外部支持模块（ESM）。这种配置只需增加一个监视器就能形成一台完整的仪器。还有一种双槽道的AXIe机箱配置，可以容纳一台任意波形发生器及ESM。这种配置还需要一台带PCI Express卡的PC机或笔记本电脑。
在用于产生信号波形时，用户可以有许多种选项，包括Matlab、LabVIEW或用微软Visual Studio创建的定制软件。
模块化＝多功能性
模块化仪器的优点是无需投资一台全新仪器就能完成产品的升级、扩容或改进。吉时利仪器推出的型号4200-SCS半导体特性分析系统就是这样一种模块化仪器。这台分析仪最新增加的配件是型号为4225-PMU的超快速电流-电压（I-V）模块，该模块向4200-SCS系统增加了超快速电压波形发生和电流/电压测量功能。
为什么进行器件、新材料和新工艺特性分析的工程师需要超快速的I-V？这是因为对器件、材料和工艺进行完整的特性分析需要三种类型的测量：精确的直流I-V，交流阻抗和超快速或瞬时I-V。在向4200-SCS系统增加4225-PMU选件时，吉时利公司对仪器的功能作了进一步完善。该选件使得4200-SCS特性分析系统能够服务于各种新兴应用，从高k值电介质到小规模CMOS、闪存或相变内存中的绝缘硅（SOI）。
吉时利公司开发4200-SCS系统的目标是通过使用基于GUI的点击界面使特性分析更加方便。在增加超快速I-V测试功能时目标同样如此。此外，该公司希望4225-PMU选件在外观、工作和感觉上像普通高分辨率源测量单元（SMU）一样容易使用。
达到这些目标要求这种模块的测量范围非常广泛，并且需要具有同样广泛的动态范围，还要求简化互连。结果是在相对高分辨率条件下能够完成特别快速地测量。电流分辨率范围从1A至1pA。虽然前代4200-SMU快速I-V模块支持快至10ms的测量速度，但4225-PMU可以使某些更大电流的测量速度快至10ns，同时尽可能保持接近约翰逊噪声（Johnson noise）极限值。
每个4225-PMU模块提供两个集成的源与测量通道，但在组成系统的9槽道主机机架中只占用1个槽道。每个机架可以安装多达4个模块，因此最多可提供8个超快速的源/测量通道。每个通道整合了高速电压输出（脉宽范围从60ns至直流）以及同步电流与电压测量功能。
该模块提供高速电压脉冲以及同步电流与电压测量功能，每个通道使用两个转换器（每卡有4个通道），在使用14位模数转换器（ADC）时采样率高达200Msamples/s。用户可以选择两种电压源范围（1Mohm输入，±10V或±40V）以及4种电流测量范围（800mA、200mA、10mA、100μA）。
每个4225-PMU模块可以配备多达2个可选的4225-RPM远程放大器/开关，它们能提供4种额外的低电流范围。这些远程放大器/开关还能减少电缆电容效应，并支持在4225-PMU模块和机架内安装的其它SMU之间自动切换。
