普源示波器DS81304在信号测试分析中的优势和主要应用场景
最近，普源精电推出了一款13GHz带宽的示波器DS81304,。有些小伙伴会好奇，为什么普源示波器的带宽会从5GHz跳到13GHz，为什么不是到10GHz或者15GHz呢？13GHz的示波器又能干些什么呢？下面讲为大家介绍，为什么DS81304设计为13GHz带宽，以及DS81304相比5GHz带宽的DS70504又能有什么特点。
为什么是13GHz带宽？
想要解释这个问题，我们可以先看一下下方的表格，目前常用的通讯协议速率及测试所需带宽。
表一 常见通讯协议示波器测量带宽需求
协会 | 子协议 | 版本 | Lane/单线符号或数据速率 | 示波器带宽要求 |
PCI-SIG | PCIe | 2.0/Gen2 | 5GT/s | 12GHz&40GSa/s(接收机测试12GHz) |
JEDEC | DDR | DDR3 | 800-2133MT/s | 8GHz/推荐性能12.5GHz |
LPDDR | LPDDR3/DDR3L | 最高1600MT/s | 12.5GHz | |
LPDDR4/4x/4y | 最高4266MT/s | 12.5GHz | ||
HDMI/hdmiform | HDMI | HDMI2.1 TMDS&HDMI1.4b | 5.94Gbs | 13GHz |
MIPI | MIPI D-PHY | V2.1 | 4.5 Gbps | 12.5GHz |
MIPI M-PHY | 2.0/Gear2 | 2.92Gbps | 12GHz | |
MIPI C-PHY | V1.1 | 4.5Gsps | 12GHz | |
USB | USB3.2 | Gen1/Gen1*2 | 5Gbps | 12.5GHz |
从表一可以看出，不少的通讯协议进行测试所需要的带宽在12GHz或者12.5GHz。如果示波器选择在10GHz会导致无法对这些协议信号进行覆盖。而往上一层的协议如GDDR5，HDMI2.1 FRL，MIPI3.0等速率需求往往达到20GHz，所以选择15GHz 也不会使得其覆盖范围变得更大。
DS81304特点
DS81304的使用场景可以分为基础测量与协议分析两种。
基础测量方面我们可以与DS70504进行对比：
表2 DS81304与DS70504对比
DS81304 | DS70504 | |
带宽 | 13GHz | 5GHz |
采样率 | 40GSa/s | 20GSa/s |
最大存储深度 | 4Gpts | 2Gpts |
上升/下降时间 | ≤50 ps | ≤108 ps |
水平时基范围 | 20ps/div-1ks/div | 50ps/div-1ks/div |
从表2可以看常，DS81304在带宽、采样率、上升/下降时间上有着显著提升。因此，高频率范围的高带宽示波器主要应用在需要处理和分析高频信号的行业，所以DS81304可以应用于射频\无线通信，激光设备，高速电子设备等领域。搭配实时眼图、抖动分析、自动测量等测试功能，可以完成对高速信号的质量分析。
除了常规的基础测量，DS81304还可以基于采集到的通讯信号进行一致性分析，判断通信质量以及是否符合协会要求标准。
表3 DS81304的一致性测试项目
测试项目 | 所需带宽 |
PCIe1.0 | 6GHz |
PCIe2.0 | 12GHz |
DDR1/2/3 | 2.5/3.5/8GHz |
LPDDR3/4 | 12,5GHz |
HDMI 1.4b | 8GHz |
HDMI2.1 TMDS & HDMI1.4b | 13GHz |
MIPI D-PHY V1.0/1.1/1.2/2.1 | 2.5/4/6/12.5GHz |
MIPI M-PHY 1.0/2.0 | 6/12GHz |
MIPI C-PHY V1.0/1.1 | 8/12GHz |
USB 2.0/3.0/3.1 | 2.5/12.5GHz |
LAN 100M/1000M | 1GHz |
DS81304除了在DS70504的USB2.0与百兆/千兆以太网基础上进一步加入USB3.0以外，还会加入如PCIe、MIPI、HDMI等信号的一致性分析功能。示波器内置的一致性测试不仅能够导出测试报告，还能极大程度节省工程师测量的时间。
高速示波器的具体应用场景
高速数字电路测试
1.1 PCIe、USB和SATA接口
现代计算机系统广泛使用PCIe、USB 3.0/3.1和SATA等高速接口，这些接口的数据传输速率非常高，需要高带宽的示波器来捕捉信号的细节。
眼图分析：通过眼图分析评估信号质量和抖动。
协议解码：对传输的数据进行解码和分析，检查数据完整性和正确性。
1.2 DDR内存
DDR4和即将推出的DDR5内存的时钟频率也非常高，高带宽示波器能够准确地捕捉内存访问时的信号特征。
时序验证：确保读写操作的时序符合规范。
噪声分析：检查信号中的噪声和串扰，优化PCB设计。
通信领域
2.1 光纤通信
在光纤通信中，传输速率可以达到数十Gbps，13GHz带宽的示波器能有效捕捉和分析这些超高速信号。
误码率测试：通过分析接收信号，检查误码率（BER），确保通信链路的可靠性。
调制格式分析：对于更先进的调制方案，如QAM，示波器可以提供调制域分析。
2.2 5G无线通信
5G技术的高频段（毫米波）需要高带宽示波器来进行信号测量和分析。
EVM（误差向量幅度）测量：评估发射机的调制质量。
时域和频域分析：同时观察信号的时域和频域特性。
微波和射频（RF）应用
3.1 雷达系统
雷达系统常常工作在微波和毫米波频段，13GHz带宽的示波器能够捕捉这些高频信号。
脉冲分析：检测和分析雷达脉冲信号的特性，如脉宽、上升时间和下降时间。
频谱分析：监测和分析雷达信号的频谱，以确定其频谱纯度和带宽。
3.2 无线电设备
包括航空电子设备、卫星通信系统等，需要对相控阵天线和射频前端进行测试。
相位噪声测量：评估振荡器的相位噪声性能。
互调失真：检查多信号混合下的互调失真，优化射频前端设计。
半导体测试
4.1 晶圆级测试
在半导体制造过程中，需要对晶圆上的高速接口和逻辑电路进行测试。
TDR（时域反射计）测量：用于检查封装和连接器的阻抗匹配问题。
Jitter分析：评估晶振和时钟电路的抖动，确保高频信号的稳定性。
4.2 封装级测试
封装后的芯片需要进行功能和性能测试，高带宽示波器能够捕捉封装内部的高频信号。
信号完整性分析：确保封装内外的信号没有失真。
功耗分析：测量高速接口在不同工作状态下的功耗。
科研和教育
5.1 高能物理实验
在高能物理研究中，粒子的运动和碰撞产生的信号频率非常高，需要高带宽的示波器进行测量。
瞬态事件捕捉：记录和分析短暂的高频现象，如粒子碰撞产生的信号。
同步测量：与其他测量设备同步，进行多通道数据采集。
5.2 教学实验
高带宽示波器也可以用于大学和科研机构的教学实验，帮助学生了解和掌握高频电子和通信理论。
实验课程：开展高速信号处理和微波技术的实验课程。
研究项目：支持学生和研究人员进行创新性的高频电路和系统研究。
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