高速I/O與無線設計當道　示波器功能整合度再上層樓

示波器功能競賽快速增溫。隨著高速數位輸入/輸出(I/O)和無線嵌入式系統設計大行其道，儀器商也加緊研發新一代結合時域、頻域和功率分析的示波器，以協助系統業者顯著提升設計除錯效率，並大幅縮減其儀器總持有成本。

近期太克(Tektronix)即搶先推出新款整合式多功能混合域示波器，進一步融合頻譜分析儀、通訊協定分析儀、邏輯分析儀、任意函數產生器和數位伏特計(DVM)等多種儀器功能，有助實現兼具高效能與親民價格的系統解決方案。

繼太克之後，羅德史瓦茲(R&S)和安捷倫(Agilent)也陸續發表新一代高功能整合度的示波器，大幅提升儀器採樣率、頻寬、垂直解析度、數位訊號分析和電磁干擾(EMI)除錯能力，進而以更優異的性價比，吸引高速數位I/O和無線嵌入式設計工程師青睞。

強攻高速數位測試　安捷倫示波器戰力再升級

圖1　安捷倫示波器協定部門副總裁暨總經理Jay Alexander提到，安捷倫亦在新款示波器中導入觸控和語音控制功能，強化儀器使用體驗。

安捷倫示波器協定部門副總裁暨總經理Jay Alexander(圖1)表示，安捷倫近期發布兩款全新系列的可攜式高效能示波器--Infiniium S和InfiniiVision 6000 X，新產品除強打高功能整合度、高性價比特色外，亦將頻寬分別推升至6GHz和8GHz，達到行動產業處理器介面(MIPI)、行動高畫質鏈結(MHL)、通用序列匯流排(USB)、高解析度多媒體介面(HDMI)、PCIe等各種高速介面標準驗證要求的等級，從而大舉擴充通用型示波器的測試應用版圖。

Alexander強調，隨著資料處理量暴漲，高速數位設計正日益走紅，導致既有低頻寬、低速且測試功能受限的入門級示波器逐漸不敷使用，因而刺激系統業者擴大採購頻寬約70M～8GHz等級的中階機種，引爆新一波示波器換機需求。

不過，Alexander也分析，以往中階通用型示波器可支援頻寬最高僅2GHz，再往上就進入標準驗證等級的示波器範疇，相較於通用型方案，購置成本大增，因此系統廠往往難以找到合適的測試設備，遂影響系統開發時程。著眼於此，安捷倫遂將驗證等級示波器的高頻寬、高精度資料轉換器和訊號分析功能，轉移至一般中階通用型示波器，強攻此一需求強勁的市場。

圖2　InfiniiVision 6000 X示波器示意圖

舉例來說，安捷倫新款InfiniiVision 6000 X系列(圖2)集六種儀器於一機，內建儀器包括示波器、邏輯分析儀、協定分析儀、雙通道WaveGen函數/任意波形產生器、數位電壓表，以及傳統示波器從未配備的3.2GHz頻寬10位計數器加總器，可進一步計算訊號緣之外的觸發限定事件；同時，其具備每秒四十五萬個波形更新速率，更可顯著加速系統設計除錯流程。

圖3　Infiniium S示波器示意圖

至於該公司另一款Infiniium S系列示波器(圖3)已將頻寬提高至500M?8GHz，並搭載10位元類比數位轉換器(ADC)，相較於僅2GHz頻寬、配備8位元ADC的傳統示波器，S系列的垂直解析度高出四倍，再加上其內建新的低雜訊射頻前端，可實現8個有效位元數(ENOB)，更可讓工程師準確觀察高速數位訊號細節。

Alexander指出，8GHz頻寬已能支援大多數高速數位介面量測需求，將有助系統設計人員以較低成本達成多種測試需求，進而縮減儀器總持有成本。為進一步擴充高速數位設計的匯流排探量功能，該公司也發表4GHz、8GHz和13GHz的差動主動式探棒，幫助工程師全面量測系統中的差動和共模訊號，進而加快高速匯流排測試和設計除錯效率。

強化射頻前端設計　R&S數位示波器快狠準

圖4　RTE數位示波器示意圖

不讓太克和安捷倫專美於前，羅德史瓦茲亦強打高功能整合示波器設計策略，於近期推出新款數位示波器--RTE(圖4)。該方案提供高取樣率、擷取率及高訊號保真度特性，並內建快速傅立葉轉換(FFT)功能，特別適用於嵌入式系統開發、電力電子分析及一般EMI除錯等日常量測任務，協助使用者提升量測結果的精確度並縮減時間。

台灣羅德史瓦茲寬頻及基礎儀表量測部業務經理莊美華(圖5)表示，由於嵌入式系統的資料傳輸、無線和電力電子設計日益複雜，系統設計人員對示波器的訊號擷取速度、解析度和數位分析能力的要求正與日俱增，因而也驅動儀器商加緊改良示波器功能；而示波器內部射頻前端(RF Front-end)及資料轉換器對測試速度和精準度影響甚鉅，遂成為量測業者的技術競逐焦點。

莊美華進一步指出，對設計新一代高功能整合度的數位示波器而言，提高系統內部射頻前端性能係關鍵任務，而羅德史瓦茲自射頻測試領域起家，擁有紮實的射頻技術基礎與設計知識，並用於開發旗下最新RTE數位示波器，可一機搞定各種複雜測試需求，包括嵌入式設計除錯、電力電子元件、I2C和控制器區域網路(CAN)等串列協定資料內容分析。

圖5　羅德史瓦茲寬頻及基礎儀表量測部業務經理莊美華指出，該公司亦具備高頻寬的RTO示波器產品，可滿足高速數位I/O測試需求。

RTE鎖定Sub-GHz應用，頻寬設定在200M～1GHz，可以超過每秒一百萬次的波形擷取率幫助使用者快速找到錯誤的訊號，並以幾乎沒有觸發抖動的高精度數位觸發系統提供高達7個ENOB有效位元數，以及高精確的量測結果，減輕訊號失真問題。莊美華強調，該款示波器更可達到每秒5Gsample的取樣率，以及每通道50Msample的記憶體深度，讓設計人員進行I2C及CAN等串列協定資料內容分析時，更加準確且完整記錄長訊號序列。

值得注意的是，為滿足工程師對微小訊號分析的需求，該公司更在新款數位示波器中導入媲美一般頻譜分析儀的快速傅立葉轉換功能，提供更可靠的零星訊號偵測能力，進而實現EMI預除錯功能。

台灣羅德史瓦茲應用支援工程師陳立凱分析，在電子系統元件和印刷電路板(PCB)層級預先進行EMI除錯，不僅能加速後端系統整合的開發時程，亦可提高產品通過產業標準及法規認 證的機率，進而縮減和驗證實驗室來回修改設計所投入的人力和資金。

陳立凱也透露，由於增加快速傅立葉轉換功能模組也將增加示波器系統設計難度及成本，因此目前市面上的多功能整合示波器大多僅將快速傅立葉轉換視為選配項目；相較之下，羅德史瓦茲基於開發射頻測試相關頻譜和訊號分析儀所累積的豐富經驗，已能在不大幅影響系統配置成本的前提下，將快速傅立葉轉換列入數位示波器標配，提供系統業者一次購足的解決方案。

顯而易見，為搶占高速數位和嵌入式系統測試商機，儀器商皆已紛紛祭出新的示波器產品攻勢，並有志一同主打多功能整合的產品發展策略，可望掀動新一波換機潮。