新凯来旗下子公司万里眼发布全球领先90GHz超高速实时示波器，成为近期市场的焦点之一。报道显示，万里眼示波器具有三大特色，首先是超强性能：带宽高达90GHz，位居全球第二，每通道采样率达200GSa/s，存储深度4Gpts，为同级别产品两倍。其次是超高智能，是全球首个超高速智能示波器，首创了智能参数寻优功能，并且支持智能噪声抑制。满足高精度测试需求。第三，则是使用体验进行了优化，作为全球首个全面屏示波器，具有极致简约设计美学，以及智能终端式的交互。从市场参与者来看，欧美厂商占据示波器市场的主导地位，行业内优势企业包括是德科技、泰克、力科、罗德与施瓦茨、横河等企业垄断了大部分市场份额，国内参与者有普源精电、鼎阳股份、电科思仪等，正在逐步缩小与国外领先企业的差距。万里眼的加入，继续壮大了国产阵营。基础仪器市场规模占比情况作为电子产业最基础的工具之一，在研发及生产过程中发挥着重要作用，另外，值得重要的一点是，中国市场长期受西方出口管制制约，带宽60GHz以上的实时示波器被禁止进入中国，部分单位甚至无法获取20GHz以上设备。这让我们必须冲击高端示波器市场，也是万里眼公司的价值。示波器分类与市场情况示波器主要分为模拟示波器和数字示波器两大类，其中数字示波器在市场规模和应用范围上均占据主导地位。自上世纪70年代数字示波器诞生以来，其应用场景不断拓展，现已成为测试工程师工作中不可或缺的工具之一。随着电子工艺的持续高速发展，信息技术产品在智能化、网络化以及集成化方面的程度逐步提升，同时在半导体、5G、人工智能、新能源、航天航空等行业的推动下，示波器面临着因接口速率提升而带来的更高测试要求，向中高端化发展已成为必然趋势。另外，则是电子、半导体和汽车行业正在迅速发展，研发投资不断增加，特别是在高速度电路验证和自动化测试中示波器的需求在提升。同时，一些现场诊断类应用的改变，使得便携式产品的需求不断增长。2025年全球示波器市场规模预计在20—35亿美元之间，未来年均增速超过8%。关于示波器核心性能指标万里眼强调了三个性能指标，接下来就来盘点一下带宽、采样率和存储深度，这三项指标共同决定了示波器的测量能力与精度。万里眼与是德科技Infiniium UXR系列产品1. 带宽带宽是示波器最核心的性能指标，对示波器测量信号的基本能力起着决定性作用。当在示波器输入端通入正弦波信号时，该正弦波幅度衰减至-3dB（即原幅度的70.7%）时对应的频率点，就是该示波器的带宽。带宽直接决定了示波器能够测量信号的频率范围，而示波器前端通道的放大器是影响带宽乃至垂直系统性能的核心元器件。随着半导体技术的不断进步，示波器前端通道开始采用锗硅和磷化铟集成电路制程，这一技术改进使得示波器能够获得更低的本地噪声和更宽的带宽。为了研发出更高带宽的示波器产品，各大厂商纷纷投入技术研发。2012至2017年期间，是德科技率先采用RealEdge技术，将示波器带宽提升到63GHz；随后，泰克和力科分别采用异步时序交织（ATI）技术和数字宽带交织（DBI）技术，成功将示波器的带宽提升至70GHz和100GHz。这三种技术的基本原理相似，均是通过混频器或取样器将高频段的频谱搬移到低频段，再传输到后端的模数转换器（ADC）进行数字化处理，最后在数字信号处理器（DSP）中对数字信号进行处理，从而实现信号的还原。2018年，是德科技采用磷化铟集成电路工艺，将前置放大器、触发和采样器进行集成开发，研制出了带宽达到110GHz的高性能示波器模拟前端模块。在选用示波器时，主要遵循“五倍法则”，即示波器的带宽应大于或等于5倍的信号最高频率。按照这一原则选择的示波器，在测量过程中通常能够提供小于2%的误差，保证测量结果的准确性。带宽不足的影响若示波器带宽不足，会对信号的捕获产生不良影响，主要体现在以下三个方面：被测信号的上升沿会变缓，无法准确反映信号的变化速度；信号的高频分量会减少，导致方波信号出现失真；信号的相位会出现失真，影响对信号相位关系的准确判断。2. 采样率采样率是示波器的第二核心指标，直接关系到示波器对波形捕获的精确度。采样率也被称为采样速度或采样频率，它定义了每秒从连续信号中提取并组成离散信号的个数，直接决定了示波器模拟到数字转换的水平量化精度和能力。一般而言，示波器的采样率越高，所捕获的波形就越接近信号的真实波形。与带宽的关系根据奈奎斯特采样定律，为了在所需带宽内准确复现所有信号内容，示波器的采样率必须超过带宽的两倍，这是保证信号能够被准确采集和还原的重要依据。技术演进随着示波器带宽的不断提升，对采样率的要求也日益提高。而示波器前端ADC的性能决定了采样率的大小，目前在提高采样率方面主要采用的技术有时间交织采样技术（TIS）、数字带宽交织技术（DBI）和异步时序交织技术（ATI）。时间交织采样技术（TIS）：是德科技在其高端示波器中采用了该技术，使示波器的采样率达到256GSa/s。该技术的核心是一块具有24层的采集板，采集板由四个采样率为64GSa/s的ADC阵列、四个100万门的存储控制器、两个信号处理可编程逻辑阵列（FPGA）、大容量的超高速存储器以及用户可选的硬件带宽限制滤波器等部分组成，并且支持对幅度和相位的平坦频率响应进行校正。数字带宽交织技术（DBI）：力科在其高端示波器中应用了该技术，采样率可达240GSa/s。数字带宽交织技术又称为下变频混频技术，其工作原理是采用一组ADC阵列采集示波器通道的上半部分信号，同时使用另一组ADC阵列采集示波器通道的下半部分信号，之后在DSP中将两部分信号进行拼接，从而重建完整的波形。简单来说，就是将高频段的频谱搬移到低频段，以满足后端ADC对采样率的需求。异步时序交织技术（ATI）：泰克的高端示波器采用了该技术，采样率能够达到200GSa/s。异步时序交织技术也称为下变频取样技术，它同样采用两组ADC阵列分别采集示波器通道上下两部分的信号，再在DSP中完成信号拼接与波形重建。与数字带宽交织技术不同的是，它会将高频段和低频段的频谱同时进行搬移，以此满足后端ADC采样率的要求。由于异步时序交织技术的上下两条信号采集路径采用完全对称的结构，采集通道两侧之间的传播延时或相移没有明显差异，噪声的功率频谱密度能够均匀地分布到总采样率中。3. 存储深度存储深度是示波器的第三核心指标，决定了示波器所能捕捉信号的持续时间。存储深度表示示波器可以保存的采样点的个数。从物理介质角度来看，存储深度实际上是某种存储器的容量，可将其简单理解为一个环形存储器。在示波器工作过程中，不断采样得到的新采样点会填充到存储器中，而存储器中原本存储的老采样点则会自动溢出，以实现对新信号的持续捕捉。存储深度、采样率和采样时间三者之间存在一个重要的公式关系：存储深度=采样率×采样时间。这一公式表明，当需要测量时间较长的信号时，由于示波器的存储深度是固定不变的，为了满足测量时长的要求，只能降低采样率。但采样率的降低会导致所捕获的波形细节减少，从而降低波形质量，因此在实际测量中需要根据信号的特点和测量需求，合理平衡采样率和存储深度。国产阵营：从“跟跑”到“并跑”除了万里眼，其他国产公司也在朝着高端市场进军。1. 普源精电2023年，普源精电发布DS80000系列数字示波器，是自主研发的第八代数字示波器，基于StationMAX II代平台，实现了最高40GSa/s实时采样率、13GHz模拟带宽。除硬件指标的提升，DS80000系列数字示波器还提供了多种人性化设计，保证了高质量的客户体验。值得一提的是，由于各厂商均采用通用芯片和通用示波器方案，导致低端示波器市场门槛较低，而高端示波器的ADC芯片需要自研，RIGOL于2007年开始自研示波器芯片，是国内唯一一家拥有搭载自研核心芯片组示波器并成功产业化的公司。2. 鼎阳股份鼎阳股份的SDS8000A系列高分辨率数字示波器，最大带宽16 GHz，采样率40 GSa/s，具有12-bit垂直分辨率、优秀的本底噪声性能和垂直测量精度，提供4个模拟通道，存储深度可达2 Gpts/通道，能满足更高带宽、更高精度的测量需求。示波器的战争同样是芯片能力的战争专有芯片的战略正在推进示波器行业的发展，从是德科技的磷化铟，到泰克最新7系列示波器定制的Tek079与Tek085ASIC芯片组，再到R&S最新3系列成本优化型示波器所采用的MXO-EP专用芯片，大家都瞄准了专用芯片的差异化。国内则是以RIGOL为代表的企业很早前就进行了芯片的研发。此次万里眼90GHz示波器的发布尽管没有公布任何芯片细节，相信也代表了我国基础仪器用芯片正在突破。总结展望未来，随着国内企业在核心技术研发领域持续深耕，以新凯来万里眼为代表的创新力量不断崛起，国产示波器在中高端市场的竞争优势将持续增强。在国家政策扶持与市场需求升级的双重引擎驱动下，本土企业正以破竹之势突破高端示波器核心部件的技术封锁，加速实现从“跟跑者”到“并跑者”乃至“领跑者”的跨越。可以预见，国产示波器将在全球市场版图中占据更大份额，不仅成为推动电子产业革新的中坚力量，更将作为“中国智造”的卓越典范，激励更多国产高科技企业勇立潮头，在国际竞争舞台上绽放中国创新的璀璨光芒。本文来自：电子工程世界 （ID：EEworldbbs），作者：冀凯
