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故障獵人、實時頻譜分析，是德科技全新MXR系列8合1示波器助力工程師加速電路設計

2020-06-09 07:47:38 EETOP

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隨著5G、人工智能、物聯網、WiFi6等新興技術的發展及日益趨向成熟并走向市場化產品化，終端系統在數字化和智能化的同時也在無線化，因此時域和頻域交叉測試的場合也日益普遍。面對現實中的新困境，工程師們急需一款價位適中、準確、可重復測量的多通道測量儀器，提供可從時域分析向其它領域延伸的工作環境，以幫助他們快速、高質量的完成產品的調試和驗證，加速產品推向市場的速度。為應對當今產品電路設計的挑戰，2020年5月，是德科技推出首款具有8個模擬通道和16個數字通道的全新中端示波器MXR系列示波器。該款示波器具有業界難得的全天候10bitADC，即所有帶寬、所有型號，全部通道工作時均支持 10bitADC。

是德科技(中國)有限公司大中華區市場總經理鄭紀峰表示：“Keysight推出數字示波器已經很多年了，尤其是在高端示波器這個領域一直占據著一個非常有利的市場競爭地位。此次推出的全新中高端的MXR示波器，集合了 InfiniiVision 系列的高波形捕獲率，S 系列優異的前端設計、UXR系列高速波形處理專用芯片。可以更好的幫助客戶降低測試流程的復雜性。”

鄭紀峰，是德科技（中國）有限公司大中華區市場總經理

據介紹，MXR示波器傳承自是德科技S系列示波器的優異前端，提供及低的本底噪聲和抖動。6GHz 帶寬 50mV/Div 時，本底噪聲僅為 971uV，是業界同類產品的 80%, 同時還具有超低的100fs 量級的本底抖動和 500fs 觸發抖動。此外，MXR 還繼承了 UXR 系列超高端產品上的專用集成電路，提供了硬件加速的實時測量和分析功能，大幅提高了眼圖測試和 FFT 運算等速度。

面對痛點，整合需求

隨著5G、人工智能、物聯網、WiFi6、云計算等新興技術的發展，越來越多的產品設計都集成了天線、射頻、數字甚至光信號，由此帶來的產品電路設計也越來越復雜，對調試技術的要求也越來越高。是德科技（中國）有限公司大中華區汽車與新能源測試方案市場經理杜吉偉分享表示：“當今產品的電路設計越來越復雜，對調試技術的要求越來越高：DDR內存、電源完整性驗證、物聯網，復雜信號間的互動測試，需要示波器同時支持8個通道，并且帶寬超過2GHz,甚至達到6GHz”。

杜吉偉，是德科技（中國）有限公司大中華區汽車與新能源測試方案市場經理

具體，比如，一個DDR內存的嵌入式電路，里面就有多種直流電源軌：5V 、3.3V 、2.0V、1.8V、 1.2V、 1.1V等，每一種電源軌都有多個存在，他們的上電順序和掉電順序往往是有嚴格要求的。除電源上電和掉電序列測試外，工程師還要驗證電源完整性的設計，而電源完整性設計要考慮周邊高速數字總線甚至無線和射頻信號的干擾，具體來說，不僅有像 USB 、以太網、MIPI 這些高速數字信號，同時里面還會有一些 WiFi、Bluetooth等無線信號，此外還可能會有最新的5G （Sub-6G）等信號。它們必然會相互干擾。高頻信號會干擾直流電源，直流電源的波動也會干擾高速信號。所以在做電源完整性驗證時，不僅需要多個通道，同時需要它的帶寬能夠覆蓋到無線信號和高速數字信號。

確實，惡劣的無線信道環境、相關環節的挑戰、通訊技術更新換代迅速、產品升級頻率高等電路產品設計難點，讓工程師發現，現有的測試測量設備已經無法滿足日益增長的行業需求。這就要求中端示波器不僅能夠提供常見的數字測試和分析能力，還必須具備頻域測試能力，而傳統的FFT運算功能甚至掃頻儀已經不能滿足這一新興需求。

那，MXR 系列示波器是如何響應業界的挑戰呢？

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全新的Infiniium MXR系列8合1示波器，包含實時頻譜分析儀(RTSA)、示波器、數字電壓表(DVM)、波形發生器、頻響分析儀（波特圖分析儀）、頻率計數器、協議分析儀和邏輯分析儀，采用先進的ASIC硬件處理大數據。內置故障獵人，可加速找出錯誤根源，包括那些罕見或隨機發生的錯誤。

強大的8合1儀器，減少了測試臺占用的空間、縮短了配置和測試時間。內置實時頻譜分析儀，可完成異常信號的頻域捕獲，無論信號是同步的還是異步的。
內置故障獵人，深度學習被測信號，隨著時間的推移，不斷對它們進行比較分析，以發現異常信號，并捕捉伴隨異常信號發生的事件。使用者可快速解決問題，排除不正常、偶發或雜波信號。
8個模擬通道和16個數字通道可同時使用且不犧牲其性能，使復雜信號相互作用的監測和分析成為可能。并將8通道示波器帶寬提升到6GHz，為測試工程師的設計開發開辟了更廣闊的天地。
如搭配使用強大的PathWave Infiniium離線分析軟件，設計團隊在完成測量后，可進一步執行各種分析和數據操作，甚至和不同城市和國家的團隊遠程協作，提升效率。

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關于看得更多，就要說到MXR的一個創新：在時域儀器中，引入內置的實時頻譜儀。以前的示波器一般有普通的 FFT 或者是內置一個掃頻儀，沒有實時頻譜儀這個概念。這是示波器業界的首次嘗試，并且從頻域和時域都做到實時性。掃頻儀是從低頻掃到高頻，而實時頻譜儀是基于FFT，時間軸有重疊的大量FFT運算，從而實現無縫連接，所謂無縫連接對應一個專門的術語叫100% POI(Probability Of Intercept)頻域截獲概率。掃頻儀掃描重復信號沒有問題，但掃描偶發的頻域信號，會出現漏失信號的問題，而實時頻譜儀恰好可以解決這一問題。

在不犧牲測量精度的情況下，MXR的響應速度非常快。比如測眼圖，一秒鐘能夠畫75萬個UI（Unit Interval，就是一個時間間隔單元的高電平或低電平）。如果是做實時頻譜的話，一秒鐘能夠完成40萬個FFT運算。 ADC有效位精度可以到達9比特，如果是用高分辨率可以達到16比特，本底噪聲也改進到43µV，時間基準8ppb，百萬分之0.008，這個指標其實已經超過了UXR系列(實時示波器的封頂之作)。在八個通道全部打開的情況下，它的每個通道上的性能是不妥協的，帶寬是滿帶寬，采樣率是滿采樣率，存儲深度標配都是 200Mpts。此外，顯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 英寸大屏幕顯示。

從頻域角度來分析信號，即便是那些稍縱即逝的信號，MXR也能夠捕獲到，并能夠對 I/Q 信號進行解調和分析，即使八個通道全開，每個通道都可同時支持實時頻譜儀。在電源完整性方面，專門做成一個軟件包，里邊除了傳統的電源紋波分析以外，還加入了串擾分析，能判斷周圍是否有高速信號干擾，干擾有多大，并且給出預設，如果去掉這個干擾，信號是否變得更干凈，以及測量參數會發生哪些變化等。

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8合1功能是MXR示波器的創新點之一。即 8 個模擬通道，每個通道都可以做到同時用，每個通道都是 6GHz 的帶寬，每個通道都可以達到 16GSa/s 的采樣率，同時里面集成了其他儀器的功能。MXR示波器由傳統的示波器，再加上邏輯分析儀通道、協議分析儀、數字電壓表、頻率計、波形發生器、頻響分析儀、實時頻譜分析儀組成，其中示波器、數字電壓表和頻率計是標配，另外五個是選配。不過，雖然MXR具備8合1功能，某種程度上能代替一種儀器，但它并不能完全替代單個的儀器，因為它本質上是以一臺示波器為核心，其它儀器功能只是配合使用的。

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這里的節省，既包含節約時間，還包含節約經費。儀器儀表示波器通常有兩個最重要的指標，即帶寬和通道數。我們去評估示波器的性價比時，通常會拿帶寬乘以通道數會得到一個值，然后再用價格除以帶寬，乘以通道數得到另一個數值。在這兩個數值的比較上， MXR 系列示波器的性價比都是非常高的，個別情況下甚至超過同類產品兩倍以上。

具體來看節約時間的表現。在這里，就要說到 MXR 系列示波器的第二個創新，首次引入故障獵人的概念。示波器中設置有兩個按鈕，一個 Autoscale，一個是 AutoSetup。按兩個按鈕，故障獵人就自動對用戶的被測信號進行深入學習，測量其脈寬、幅度、邊沿時間等，大數據測量之后，得出大概率事件和小概率事件的分布情況，幫助工程師做出問題判斷。如果還想進一步仔細研究，還有個Copy to Trigger按紐，能夠把一場信號的參數變成觸發條件，重復捕獲信號異常，進行調試。

杜吉偉介紹說：“故障獵人是一個本地的深度學習，就是要連上被測對象，然后實時的進行深度學習。因為 MXR 系列示波器 8 個通道是時間相關、相位相關的，能看出這個相關性。狩獵過程完全是自動化的，是深度學習的，能夠幫助研發人員大大節約調試的時間。”

此外，在節約時間方面，MXR 系列示波器實現采測分離，示波器完成信號采集后，波形數據可以和其它工程師分享，而那些手邊沒有示波器的工程師，可以在電腦上安裝MXR 的離線分析軟件，對這些波形文件進行分析，其界面和算法與示波器上的軟件是一樣的。這樣就能很好的支持客戶全球不同研發部門協同作業，即客戶不需要每個人都用示波器，只要有一臺示波器采集數據，便可全球任何地點分享和訪問測試結果，其他人只要拿到原始數據和分析工具，每個人就可以做不同的分析。

持續創新，始終引領著行業的發展

示波器作為電子測量行業最基礎的儀器設備，多年來其發展方向一直在向更高帶寬及更高采樣率和ADC位數方向發展。在示波器風云變化的這十來年，是德科技一直都緊跟時代需求，適時推出滿足市場需要的產品，并且始終保持示波器及各種各樣的解決方案都能在市場上擁有非常領先的技術優勢。在 90 年代中期，數字示波器的 ADC 就從初期的 6bit 提高到 8bit，一直沿用了近 20 年。2014年，是德科技發布 Infiniium 系列，開啟 10bit 新時代；2018 年，巔峰產品 UXR 問鼎業界，4個通道全部打開，每個通道都是10bitADC、256GSa/s、110GHz帶寬；今天，是德科技承前啟后、融會貫通、集各系列示波器產品之所長，又推出更具市場潛力的MXR全新中端示波器。是什么秘技，讓是德科技永遠引領行業的風向標呢？

鄭紀峰揭秘說，是德科技有一個非常獨特的研發結構，也叫創新架構（innovation engine）。創新的核心都來自于這種三層的研發創新架構，它保證了是德科技的產品、解決方案能夠持續在市場上有這樣的競爭優勢。具體第一層是Keysight Labs Central Teams，它分布在世界各地，專注于超前技術研究，可能這個技術研究會超前五年到十年，包括創新很多的核心軟件，以及是德科技的專有芯片；第二層是Centers of Excellence產品創新中心，主要是研發大量用在各個行業里面的產品，比如像示波器、頻譜儀、信號源、網絡儀等等；第三層是 Solutions Groups，今天所面向的客戶很多都是行業客戶，不同的行業客戶對解決方案的需求是不一樣的，更多的時候，客戶希望能夠提供一個真正的交鑰匙的解決方案，Solutions Groups就起到這樣一個作用，它可以完成一個交鑰匙的工程給我們的客戶。此外，是德科技在美國加州總部的Santa Rosa，有自己的芯片的研發和流片中心，在世界領域都是超前的；此外，還有很多的 Software Design Center。這些機構都是致力于不斷的保證和提升是德科技的超前研究。有了這些超前技術研究、技術創新，就能夠很好的幫助是德科技去探索新的應用，從而推動新的技術發展。

隨著新經濟時代的帶來，經濟全球化步伐的加快，企業與世界經濟的聯系越來越緊密，市場競爭愈演愈烈，技術進步、技術創新正成為經濟發展的原動力。企業欲想取得在市場競爭地位的鞏固和發展，就需要借助強大的競爭優勢，而競爭優勢的形成又依賴于超前的技術優勢。不斷實現技術創新是企業發展壯大的根本出路，企業要贏得市場競爭，就必須加強技術發展的能力，構筑和保持自己在某一領域的優勢。是德科技正是這樣的一家企業，所以它走出了一條不平凡的道路。