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是德科技:嵌入式平台示波器在工业物联网中举足轻重

2016-01-20

    不同的分析师,对工业物联网热点的定义是不同的,Keysight关注的热点包括云计算和宽带通信车联网、机器人、可穿戴医疗运动设备等。——杜吉伟

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是德科技科技数字测试业务部大中华区市场经理 杜吉伟


    云计算和宽带通信系统是对数据带宽要求非常巨大,使得整个数字系统的单根信号速率突破25Gbps,甚至达到56Gbps的超高数量级。超过20GHz的数字系统,对各种电路和信号的要求达到了异常苛刻的境界,电路和信号的测量成为必不可少的研发环节。

    对于云计算或宽带通信系统,是德科技(Keysight)的竞争优势体现在两个方面,一个是系统级的,另一个是局部级的。

    这里的系统级说的是研发流程,从最初的建模、流片、信号完整性仿真和电源完整性仿真、样机调试和评估、一致性或合规测试到量产。国内的研发单位大多部门分立,缺少协同,比如,平台仿真部门和具体产品研发部门各自使用独立的工具,出现问题,难以快速界定是哪一面的原因,Keysight帮助业界打破了部门之间的隔阂,仿真和测量验证阶段所使用的工具或算法可以完全一样,在仿真阶段,就可以使用示波器上的一致性测试软件,网络分析仪上的物理层一致性测试软件,矢量信号分析仪上的各种分析算法;在测量阶段也可引入仿真的各种算法,以弥补各自的不足。而且不局限于时域的视野,让多种仪器派上用场,除了高性能宽带示波器和误码仪,更多的频域仪器,包括高频矢量网络分析仪,低频网络阻抗分析仪,信号源相噪分析仪,高性能频谱分析仪等射频微波领域的仪器被引入,用于数字领域测量。对研发工程师的要求也逐步提高,不仅仅要掌握时域测量技术和示波器使用,还需要掌握频域测量技术和射频微波仪器的使用。

    举个例子,高速数字电路必须考虑电源完整性设计这一块,衡量PDN的性能,如果仅用示波器测试CPU和IC管脚的电源纹波和噪声,那么出现问题后,会发现没有办法定位问题。这时往往需要测试PDN的输出阻抗(随频率变化的阻抗)和PDN的传输阻抗(也是随频率变化的阻抗),就像表征一个单端口网络或双端口网络一样去表征PDN。要用到E5061B这样的网络分析仪(5Hz~3GHz)工具才可以,结合SI/PI仿真工具的合理使用,研发效率会大大提高,若只是坚持使用示波器这种单一工具,很难适应高速技术发展的潮流。

    局部级的优势,体现在Keysight的雄厚技术上,包括磷化铟半导体工艺,这种底层核心商用技术目前只有Keysight掌握,它是Keysight高端示波器保持全球市场份额第一的关键;40GSa/s  10-bit 的单片ADC技术打破了业界采样率和垂直分辨率成反比的这一魔咒;误码分析仪则将预加重、均衡、Link Training等能力集成到仪器内部,实现和PCI-E3.0 、USB3.1、100G/400G这些最新技术的完美对接;而DAC技术则达到92GSa/s采样率,遥遥领先业界;电源完整性方面,则推出业内唯一的专用探头N7020A,填补行业空白。对于抖动测量分析,即使Keysight的示波器已做到业内指标第一,但其参考时钟抖动底仍在50~100fs这个数量级,而E5052B信号源分析仪内部采用独特的设计方法使得测量精度达到50fs数量级。

    车联网、机器人、可穿戴医疗运动设备等对功耗和环境的要求愈来愈高。工程师们正在四个方向上努力,一是安全,亚马逊的机器人研发,使用433MHz无线频谱测试‘近距感测系统’”来避免误伤事件,车联网中使用摄像头,雷达,LiDAR传感器,3D重建和其它技术;中央处理器和传感器间距较远时,采用光纤传输,因此现代的电子设计集高速数字、无线通信、光通信、射频微波技术于一体,这正是Keysight的强项,技术整合的年代需要有这种实力的测量公司来辅助。

    第二点是低功耗和小信号,从汽车到可穿戴设备,都使用电池,因此待机和持续使用时间一直是工程师关注的焦点,Keysight针对这一挑战,专门推出两种探头,一是N2820A低功耗测量探头,即可用作电流测试,也可用作电压测试,最小可检测电流达500nA,最小可检测电压达3uV,这种两用探头配合示波器使用,是业内唯一的产品;N7020A则是专用的电源纹波、电源完整性测试有源探头,带宽2GHz, 1:1,可测量高达+/-24V的直流源,亚毫伏级分辨率,其前端附件不仅可以用于示波器还可用于网络分析仪。

    第三点是极限温度环境,车、机器人和可穿戴设备,其所处的环境温度可能是舒适的,也可能是及其恶劣的。Keysight针对这一场景,准备5种探头技术,从低价位的无源400MHz带宽到有源差分16GHz带宽,从电压探头到电流探头,长度从2米到7米不等,而N7007A和N7013A是2015年12月底最新推出的新产品,可在零下40度到零上85度范围内工作,最重要的是价位较低。

    第四点是各种电源技术,包括快速充电、无线充电等技术,Keysight在电源领域浸淫多年,仅就最新的无线充电技术而言,推荐的测试方案既包括网络分析仪,也包括示波器,有三篇技术文章专门深入讨论无线充电的测试,《充电状态下的ITX_COIL测量》、《省电状态下的ITX_COIL测量》、《功率和效率测量》。

嵌入式技术和产品在工业物联网技术中的地位和作用如何?

    仪器仪表可简单分为Window平台和嵌入式平台两种,和其它嵌入式产品一样,嵌入式平台示波器在工业物联网技术中发挥着举足轻重的作用,以Keysight InfiniiVision系列示波器为例,相对于Windows平台产品,它更像是一台量身订做的仪器,可靠(计量周期可达2到3年,而不是传统的1年)、低功耗、小体积、高集成度、低成本、长生命周期、更加友好的人机界面。

    这种嵌入式示波器采用的是和iPhone一样的多点触控电容屏,在屏幕上划个简单的方框图就能完成复杂的触发设置、可以透过有线或无线局域网来控制使用示波器,必要时,可以用语音来操作,一台仪表中内置了示波器、逻辑分析仪、电压表、频率计、协议分析仪、多窗口FFT等功能,甚至可以分析抖动、实时眼图。

    今年的技术发展,以InfiniiVision 6000X示波器为例,它打破了示波器领域的价格魔咒,一般都是每1G带宽,价格递增1万美金,但6000X系列示波器,6GHz带宽的入门价格,对外公开报价不足3万4千美金,极大了提升了高带宽示波器普及的可能性。

2016年将会有哪些面向工业物联网产品的技术走向成熟?

    NFC在付费应用中会在2016年逐渐走向成熟,根据第三方调研公司,Frost Sullivan ,Keysight获得2015年示波器最佳成长公司,其中强调的一个技术,就是Keysight对NFC这种新型技术的贡献。在2016年越来越多的公司参与并重视NFC付费这一块业务,尤其是智能手机供应商,而 Keysight从认证、研发到生产,其测试方案正在被业内领先者使用,相信该技术会走向可靠和成熟。