故障猎人、实时频谱分析，是德科技全新MXR系列8合1示波器助力工程师加速电路设计

2020-06-09 07:47:38 EETOP

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随着5G、人工智能、物联网、WiFi6等新兴技术的发展及日益趋向成熟并走向市场化产品化，终端系统在数字化和智能化的同时也在无线化，因此时域和频域交叉测试的场合也日益普遍。面对现实中的新困境，工程师们急需一款价位适中、准确、可重复测量的多通道测量仪器，提供可从时域分析向其它领域延伸的工作环境，以帮助他们快速、高质量的完成产品的调试和验证，加速产品推向市场的速度。为应对当今产品电路设计的挑战，2020年5月，是德科技推出首款具有8个模拟通道和16个数字通道的全新中端示波器MXR系列示波器。该款示波器具有业界难得的全天候10bitADC，即所有带宽、所有型号，全部通道工作时均支持 10bitADC。

是德科技(中国)有限公司大中华区市场总经理郑纪峰表示：“Keysight推出数字示波器已经很多年了，尤其是在高端示波器这个领域一直占据着一个非常有利的市场竞争地位。此次推出的全新中高端的MXR示波器，集合了 InfiniiVision 系列的高波形捕获率，S 系列优异的前端设计、UXR系列高速波形处理专用芯片。可以更好的帮助客户降低测试流程的复杂性。”

郑纪峰，是德科技（中国）有限公司大中华区市场总经理

据介绍，MXR示波器传承自是德科技S系列示波器的优异前端，提供及低的本底噪声和抖动。6GHz 带宽 50mV/Div 时，本底噪声仅为 971uV，是业界同类产品的 80%, 同时还具有超低的100fs 量级的本底抖动和 500fs 触发抖动。此外，MXR 还继承了 UXR 系列超高端产品上的专用集成电路，提供了硬件加速的实时测量和分析功能，大幅提高了眼图测试和 FFT 运算等速度。

面对痛点，整合需求

随着5G、人工智能、物联网、WiFi6、云计算等新兴技术的发展，越来越多的产品设计都集成了天线、射频、数字甚至光信号，由此带来的产品电路设计也越来越复杂，对调试技术的要求也越来越高。是德科技（中国）有限公司大中华区汽车与新能源测试方案市场经理杜吉伟分享表示：“当今产品的电路设计越来越复杂，对调试技术的要求越来越高：DDR内存、电源完整性验证、物联网，复杂信号间的互动测试，需要示波器同时支持8个通道，并且带宽超过2GHz,甚至达到6GHz”。

杜吉伟，是德科技（中国）有限公司大中华区汽车与新能源测试方案市场经理

具体，比如，一个DDR内存的嵌入式电路，里面就有多种直流电源轨：5V 、3.3V 、2.0V、1.8V、 1.2V、 1.1V等，每一种电源轨都有多个存在，他们的上电顺序和掉电顺序往往是有严格要求的。除电源上电和掉电序列测试外，工程师还要验证电源完整性的设计，而电源完整性设计要考虑周边高速数字总线甚至无线和射频信号的干扰，具体来说，不仅有像 USB 、以太网、MIPI 这些高速数字信号，同时里面还会有一些 WiFi、Bluetooth等无线信号，此外还可能会有最新的5G （Sub-6G）等信号。它们必然会相互干扰。高频信号会干扰直流电源，直流电源的波动也会干扰高速信号。所以在做电源完整性验证时，不仅需要多个通道，同时需要它的带宽能够覆盖到无线信号和高速数字信号。

确实，恶劣的无线信道环境、相关环节的挑战、通讯技术更新换代迅速、产品升级频率高等电路产品设计难点，让工程师发现，现有的测试测量设备已经无法满足日益增长的行业需求。这就要求中端示波器不仅能够提供常见的数字测试和分析能力，还必须具备频域测试能力，而传统的FFT运算功能甚至扫频仪已经不能满足这一新兴需求。

那，MXR 系列示波器是如何响应业界的挑战呢？

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全新的Infiniium MXR系列8合1示波器，包含实时频谱分析仪(RTSA)、示波器、数字电压表(DVM)、波形发生器、频响分析仪（波特图分析仪）、频率计数器、协议分析仪和逻辑分析仪，采用先进的ASIC硬件处理大数据。内置故障猎人，可加速找出错误根源，包括那些罕见或随机发生的错误。

强大的8合1仪器，减少了测试台占用的空间、缩短了配置和测试时间。内置实时频谱分析仪，可完成异常信号的频域捕获，无论信号是同步的还是异步的。
内置故障猎人，深度学习被测信号，随着时间的推移，不断对它们进行比较分析，以发现异常信号，并捕捉伴随异常信号发生的事件。使用者可快速解决问题，排除不正常、偶发或杂波信号。
8个模拟通道和16个数字通道可同时使用且不牺牲其性能，使复杂信号相互作用的监测和分析成为可能。并将8通道示波器带宽提升到6GHz，为测试工程师的设计开发开辟了更广阔的天地。
如搭配使用强大的PathWave Infiniium离线分析软件，设计团队在完成测量后，可进一步执行各种分析和数据操作，甚至和不同城市和国家的团队远程协作，提升效率。

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关于看得更多，就要说到MXR的一个创新：在时域仪器中，引入内置的实时频谱仪。以前的示波器一般有普通的 FFT 或者是内置一个扫频仪，没有实时频谱仪这个概念。这是示波器业界的首次尝试，并且从频域和时域都做到实时性。扫频仪是从低频扫到高频，而实时频谱仪是基于FFT，时间轴有重叠的大量FFT运算，从而实现无缝连接，所谓无缝连接对应一个专门的术语叫100% POI(Probability Of Intercept)频域截获概率。扫频仪扫描重复信号没有问题，但扫描偶发的频域信号，会出现漏失信号的问题，而实时频谱仪恰好可以解决这一问题。

在不牺牲测量精度的情况下，MXR的响应速度非常快。比如测眼图，一秒钟能够画75万个UI（Unit Interval，就是一个时间间隔单元的高电平或低电平）。如果是做实时频谱的话，一秒钟能够完成40万个FFT运算。 ADC有效位精度可以到达9比特，如果是用高分辨率可以达到16比特，本底噪声也改进到43µV，时间基准8ppb，百万分之0.008，这个指标其实已经超过了UXR系列(实时示波器的封顶之作)。在八个通道全部打开的情况下，它的每个通道上的性能是不妥协的，带宽是满带宽，采样率是满采样率，存储深度标配都是 200Mpts。此外，显示也采用了目前高清的分辨率，屏幕大小也是目前示波器里面最大的 15.6 英寸大屏幕显示。

从频域角度来分析信号，即便是那些稍纵即逝的信号，MXR也能够捕获到，并能够对 I/Q 信号进行解调和分析，即使八个通道全开，每个通道都可同时支持实时频谱仪。在电源完整性方面，专门做成一个软件包，里边除了传统的电源纹波分析以外，还加入了串扰分析，能判断周围是否有高速信号干扰，干扰有多大，并且给出预设，如果去掉这个干扰，信号是否变得更干净，以及测量参数会发生哪些变化等。

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8合1功能是MXR示波器的创新点之一。即 8 个模拟通道，每个通道都可以做到同时用，每个通道都是 6GHz 的带宽，每个通道都可以达到 16GSa/s 的采样率，同时里面集成了其他仪器的功能。MXR示波器由传统的示波器，再加上逻辑分析仪通道、协议分析仪、数字电压表、频率计、波形发生器、频响分析仪、实时频谱分析仪组成，其中示波器、数字电压表和频率计是标配，另外五个是选配。不过，虽然MXR具备8合1功能，某种程度上能代替一种仪器，但它并不能完全替代单个的仪器，因为它本质上是以一台示波器为核心，其它仪器功能只是配合使用的。

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这里的节省，既包含节约时间，还包含节约经费。仪器仪表示波器通常有两个最重要的指标，即带宽和通道数。我们去评估示波器的性价比时，通常会拿带宽乘以通道数会得到一个值，然后再用价格除以带宽，乘以通道数得到另一个数值。在这两个数值的比较上， MXR 系列示波器的性价比都是非常高的，个别情况下甚至超过同类产品两倍以上。

具体来看节约时间的表现。在这里，就要说到 MXR 系列示波器的第二个创新，首次引入故障猎人的概念。示波器中设置有两个按钮，一个 Autoscale，一个是 AutoSetup。按两个按钮，故障猎人就自动对用户的被测信号进行深入学习，测量其脉宽、幅度、边沿时间等，大数据测量之后，得出大概率事件和小概率事件的分布情况，帮助工程师做出问题判断。如果还想进一步仔细研究，还有个Copy to Trigger按纽，能够把一场信号的参数变成触发条件，重复捕获信号异常，进行调试。

杜吉伟介绍说：“故障猎人是一个本地的深度学习，就是要连上被测对象，然后实时的进行深度学习。因为 MXR 系列示波器 8 个通道是时间相关、相位相关的，能看出这个相关性。狩猎过程完全是自动化的，是深度学习的，能够帮助研发人员大大节约调试的时间。”

此外，在节约时间方面，MXR 系列示波器实现采测分离，示波器完成信号采集后，波形数据可以和其它工程师分享，而那些手边没有示波器的工程师，可以在电脑上安装MXR 的离线分析软件，对这些波形文件进行分析，其界面和算法与示波器上的软件是一样的。这样就能很好的支持客户全球不同研发部门协同作业，即客户不需要每个人都用示波器，只要有一台示波器采集数据，便可全球任何地点分享和访问测试结果，其他人只要拿到原始数据和分析工具，每个人就可以做不同的分析。

持续创新，始终引领着行业的发展

示波器作为电子测量行业最基础的仪器设备，多年来其发展方向一直在向更高带宽及更高采样率和ADC位数方向发展。在示波器风云变化的这十来年，是德科技一直都紧跟时代需求，适时推出满足市场需要的产品，并且始终保持示波器及各种各样的解决方案都能在市场上拥有非常领先的技术优势。在 90 年代中期，数字示波器的 ADC 就从初期的 6bit 提高到 8bit，一直沿用了近 20 年。2014年，是德科技发布 Infiniium 系列，开启 10bit 新时代；2018 年，巅峰产品 UXR 问鼎业界，4个通道全部打开，每个通道都是10bitADC、256GSa/s、110GHz带宽；今天，是德科技承前启后、融会贯通、集各系列示波器产品之所长，又推出更具市场潜力的MXR全新中端示波器。是什么秘技，让是德科技永远引领行业的风向标呢？

郑纪峰揭秘说，是德科技有一个非常独特的研发结构，也叫创新架构（innovation engine）。创新的核心都来自于这种三层的研发创新架构，它保证了是德科技的产品、解决方案能够持续在市场上有这样的竞争优势。具体第一层是Keysight Labs Central Teams，它分布在世界各地，专注于超前技术研究，可能这个技术研究会超前五年到十年，包括创新很多的核心软件，以及是德科技的专有芯片；第二层是Centers of Excellence产品创新中心，主要是研发大量用在各个行业里面的产品，比如像示波器、频谱仪、信号源、网络仪等等；第三层是 Solutions Groups，今天所面向的客户很多都是行业客户，不同的行业客户对解决方案的需求是不一样的，更多的时候，客户希望能够提供一个真正的交钥匙的解决方案，Solutions Groups就起到这样一个作用，它可以完成一个交钥匙的工程给我们的客户。此外，是德科技在美国加州总部的Santa Rosa，有自己的芯片的研发和流片中心，在世界领域都是超前的；此外，还有很多的 Software Design Center。这些机构都是致力于不断的保证和提升是德科技的超前研究。有了这些超前技术研究、技术创新，就能够很好的帮助是德科技去探索新的应用，从而推动新的技术发展。

随着新经济时代的带来，经济全球化步伐的加快，企业与世界经济的联系越来越紧密，市场竞争愈演愈烈，技术进步、技术创新正成为经济发展的原动力。企业欲想取得在市场竞争地位的巩固和发展，就需要借助强大的竞争优势，而竞争优势的形成又依赖于超前的技术优势。不断实现技术创新是企业发展壮大的根本出路，企业要赢得市场竞争，就必须加强技术发展的能力，构筑和保持自己在某一领域的优势。是德科技正是这样的一家企业，所以它走出了一条不平凡的道路。

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