新凱來旗下子公司萬里眼發(fā)布全球領(lǐng)先90GHz超高速實時示波器，成為近期市場的焦點之一。

報道顯示，萬里眼示波器具有三大特色，首先是超強性能：帶寬高達90GHz，位居全球第二，每通道采樣率達200GSa/s，存儲深度4Gpts，為同級別產(chǎn)品兩倍。其次是超高智能，是全球首個超高速智能示波器，首創(chuàng)了智能參數(shù)尋優(yōu)功能，并且支持智能噪聲抑制。滿足高精度測試需求。第三，則是使用體驗進行了優(yōu)化，作為全球首個全面屏示波器，具有極致簡約設(shè)計美學(xué)，以及智能終端式的交互。

從市場參與者來看，歐美廠商占據(jù)示波器市場的主導(dǎo)地位，行業(yè)內(nèi)優(yōu)勢企業(yè)包括是德科技、泰克、力科、羅德與施瓦茨、橫河等企業(yè)壟斷了大部分市場份額，國內(nèi)參與者有普源精電、鼎陽股份、電科思儀等，正在逐步縮小與國外領(lǐng)先企業(yè)的差距。萬里眼的加入，繼續(xù)壯大了國產(chǎn)陣營。

基礎(chǔ)儀器市場規(guī)模占比情況

作為電子產(chǎn)業(yè)最基礎(chǔ)的工具之一，在研發(fā)及生產(chǎn)過程中發(fā)揮著重要作用，另外，值得重要的一點是，中國市場長期受西方出口管制制約，帶寬60GHz以上的實時示波器被禁止進入中國，部分單位甚至無法獲取20GHz以上設(shè)備。這讓我們必須沖擊高端示波器市場，也是萬里眼公司的價值。

示波器分類與市場情況

示波器主要分為模擬示波器和數(shù)字示波器兩大類，其中數(shù)字示波器在市場規(guī)模和應(yīng)用范圍上均占據(jù)主導(dǎo)地位。自上世紀(jì) 70 年代數(shù)字示波器誕生以來，其應(yīng)用場景不斷拓展，現(xiàn)已成為測試工程師工作中不可或缺的工具之一。

隨著電子工藝的持續(xù)高速發(fā)展，信息技術(shù)產(chǎn)品在智能化、網(wǎng)絡(luò)化以及集成化方面的程度逐步提升，同時在半導(dǎo)體、5G、人工智能、新能源、航天航空等行業(yè)的推動下，示波器面臨著因接口速率提升而帶來的更高測試要求，向中高端化發(fā)展已成為必然趨勢。另外，則是電子、半導(dǎo)體和汽車行業(yè)正在迅速發(fā)展，研發(fā)投資不斷增加，特別是在高速度電路驗證和自動化測試中示波器的需求在提升。同時，一些現(xiàn)場診斷類應(yīng)用的改變，使得便攜式產(chǎn)品的需求不斷增長。

2025年全球示波器市場規(guī)模預(yù)計在20-35億美元之間，未來年均增速超過8%。

關(guān)于示波器核心性能指標(biāo)

萬里眼強調(diào)了三個性能指標(biāo)，接下來就來盤點一下帶寬、采樣率和存儲深度，這三項指標(biāo)共同決定了示波器的測量能力與精度。

萬里眼與是德科技Infiniium UXR系列產(chǎn)品

帶寬

帶寬是示波器最核心的性能指標(biāo)，對示波器測量信號的基本能力起著決定性作用。

當(dāng)在示波器輸入端通入正弦波信號時，該正弦波幅度衰減至 - 3dB（即原幅度的 70.7%）時對應(yīng)的頻率點，就是該示波器的帶寬。

帶寬直接決定了示波器能夠測量信號的頻率范圍，而示波器前端通道的放大器是影響帶寬乃至垂直系統(tǒng)性能的核心元器件。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進步，示波器前端通道開始采用鍺硅和磷化銦集成電路制程，這一技術(shù)改進使得示波器能夠獲得更低的本地噪聲和更寬的帶寬。

為了研發(fā)出更高帶寬的示波器產(chǎn)品，各大廠商紛紛投入技術(shù)研發(fā)。2012 至 2017 年期間，是德科技率先采用 RealEdge 技術(shù)，將示波器帶寬提升到 63GHz；隨后，泰克和力科分別采用異步時序交織（ATI）技術(shù)和數(shù)字寬帶交織（DBI）技術(shù)，成功將示波器的帶寬提升至 70GHz 和 100GHz。這三種技術(shù)的基本原理相似，均是通過混頻器或取樣器將高頻段的頻譜搬移到低頻段，再傳輸?shù)胶蠖说哪?shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）進行數(shù)字化處理，最后在數(shù)字信號處理器（DSP）中對數(shù)字信號進行處理，從而實現(xiàn)信號的還原。2018 年，是德科技采用磷化銦集成電路工藝，將前置放大器、觸發(fā)和采樣器進行集成開發(fā)，研制出了帶寬達到 110GHz 的高性能示波器模擬前端模塊。

在選用示波器時，主要遵循 “五倍法則”，即示波器的帶寬應(yīng)大于或等于 5 倍的信號最高頻率。按照這一原則選擇的示波器，在測量過程中通常能夠提供小于 2% 的誤差，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

帶寬不足的影響

若示波器帶寬不足，會對信號的捕獲產(chǎn)生不良影響，主要體現(xiàn)在以下三個方面：

被測信號的上升沿會變緩，無法準(zhǔn)確反映信號的變化速度；

信號的高頻分量會減少，導(dǎo)致方波信號出現(xiàn)失真；

信號的相位會出現(xiàn)失真，影響對信號相位關(guān)系的準(zhǔn)確判斷。

采樣率

采樣率是示波器的第二核心指標(biāo)，直接關(guān)系到示波器對波形捕獲的精確度。

采樣率也被稱為采樣速度或采樣頻率，它定義了每秒從連續(xù)信號中提取并組成離散信號的個數(shù)，直接決定了示波器模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換的水平量化精度和能力。一般而言，示波器的采樣率越高，所捕獲的波形就越接近信號的真實波形。

與帶寬的關(guān)系

根據(jù)奈奎斯特采樣定律，為了在所需帶寬內(nèi)準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)所有信號內(nèi)容，示波器的采樣率必須超過帶寬的兩倍，這是保證信號能夠被準(zhǔn)確采集和還原的重要依據(jù)。

技術(shù)演進

隨著示波器帶寬的不斷提升，對采樣率的要求也日益提高。而示波器前端 ADC 的性能決定了采樣率的大小，目前在提高采樣率方面主要采用的技術(shù)有時間交織采樣技術(shù)（TIS）、數(shù)字帶寬交織技術(shù)（DBI）和異步時序交織技術(shù)（ATI）。

時間交織采樣技術(shù)（TIS）：是德科技在其高端示波器中采用了該技術(shù)，使示波器的采樣率達到 256GSa/s。該技術(shù)的核心是一塊具有 24 層的采集板，采集板由四個采樣率為 64GSa/s 的 ADC 陣列、四個 100 萬門的存儲控制器、兩個信號處理可編程邏輯陣列（FPGA）、大容量的超高速存儲器以及用戶可選的硬件帶寬限制濾波器等部分組成，并且支持對幅度和相位的平坦頻率響應(yīng)進行校正。

數(shù)字帶寬交織技術(shù)（DBI）：力科在其高端示波器中應(yīng)用了該技術(shù)，采樣率可達 240GSa/s。數(shù)字帶寬交織技術(shù)又稱為下變頻混頻技術(shù)，其工作原理是采用一組 ADC 陣列采集示波器通道的上半部分信號，同時使用另一組 ADC 陣列采集示波器通道的下半部分信號，之后在 DSP 中將兩部分信號進行拼接，從而重建完整的波形。簡單來說，就是將高頻段的頻譜搬移到低頻段，以滿足后端 ADC 對采樣率的需求。

異步時序交織技術(shù)（ATI）：泰克的高端示波器采用了該技術(shù)，采樣率能夠達到 200GSa/s。異步時序交織技術(shù)也稱為下變頻取樣技術(shù)，它同樣采用兩組 ADC 陣列分別采集示波器通道上下兩部分的信號，再在 DSP 中完成信號拼接與波形重建。與數(shù)字帶寬交織技術(shù)不同的是，它會將高頻段和低頻段的頻譜同時進行搬移，以此滿足后端 ADC 采樣率的要求。由于異步時序交織技術(shù)的上下兩條信號采集路徑采用完全對稱的結(jié)構(gòu)，采集通道兩側(cè)之間的傳播延時或相移沒有明顯差異，噪聲的功率頻譜密度能夠均勻地分布到總采樣率中。

存儲深度

存儲深度是示波器的第三核心指標(biāo)，決定了示波器所能捕捉信號的持續(xù)時間。存儲深度表示示波器可以保存的采樣點的個數(shù)。

從物理介質(zhì)角度來看，存儲深度實際上是某種存儲器的容量，可將其簡單理解為一個環(huán)形存儲器。在示波器工作過程中，不斷采樣得到的新采樣點會填充到存儲器中，而存儲器中原本存儲的老采樣點則會自動溢出，以實現(xiàn)對新信號的持續(xù)捕捉。

存儲深度、采樣率和采樣時間三者之間存在一個重要的公式關(guān)系：存儲深度 = 采樣率 × 采樣時間。這一公式表明，當(dāng)需要測量時間較長的信號時，由于示波器的存儲深度是固定不變的，為了滿足測量時長的要求，只能降低采樣率。但采樣率的降低會導(dǎo)致所捕獲的波形細節(jié)減少，從而降低波形質(zhì)量，因此在實際測量中需要根據(jù)信號的特點和測量需求，合理平衡采樣率和存儲深度。

國產(chǎn)陣營：從 “跟跑” 到 “并跑”

除了萬里眼，其他國產(chǎn)公司也在朝著高端市場進軍。

普源精電

2023年，普源精電發(fā)布DS80000系列數(shù)字示波器，是自主研發(fā)的第八代數(shù)字示波器，基于StationMAX II代平臺，實現(xiàn)了最高40GSa/s實時采樣率、13GHz模擬帶寬。除硬件指標(biāo)的提升，DS80000系列數(shù)字示波器還提供了多種人性化設(shè)計，保證了高質(zhì)量的客戶體驗。

值得一提的是，由于各廠商均采用通用芯片和通用示波器方案，導(dǎo)致低端示波器市場門檻較低，而高端示波器的 ADC 芯片需要自研，RIGOL于2007年開始自研示波器芯片，是國內(nèi)唯一一家擁有搭載自研核心芯片組示波器并成功產(chǎn)業(yè)化的公司。

鼎陽股份

鼎陽股份的SDS8000A系列高分辨率數(shù)字示波器，最大帶寬16 GHz，采樣率40 GSa/s，具有12-bit垂直分辨率、優(yōu)秀的本底噪聲性能和垂直測量精度，提供4個模擬通道，存儲深度可達2 Gpts/通道，能滿足更高帶寬、更高精度的測量需求。

示波器的戰(zhàn)爭同樣是芯片能力的戰(zhàn)爭

專有芯片的戰(zhàn)略正在推進示波器行業(yè)的發(fā)展，從是德科技的磷化銦，到泰克最新7系列示波器定制的Tek079 與 Tek085 ASIC芯片組，再到R&S最新3系列成本優(yōu)化型示波器所采用的MXO-EP 專用芯片，大家都瞄準(zhǔn)了專用芯片的差異化。國內(nèi)則是以RIGOL為代表的企業(yè)很早前就進行了芯片的研發(fā)。此次萬里眼90GHz示波器的發(fā)布盡管沒有公布任何芯片細節(jié)，相信也代表了我國基礎(chǔ)儀器用芯片正在突破。

總結(jié)

展望未來，隨著國內(nèi)企業(yè)在核心技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域持續(xù)深耕，以新凱來萬里眼為代表的創(chuàng)新力量不斷崛起，國產(chǎn)示波器在中高端市場的競爭優(yōu)勢將持續(xù)增強。在國家政策扶持與市場需求升級的雙重引擎驅(qū)動下，本土企業(yè)正以破竹之勢突破高端示波器核心部件的技術(shù)封鎖，加速實現(xiàn)從 “跟跑者” 到 “并跑者” 乃至 “領(lǐng)跑者” 的跨越?？梢灶A(yù)見，國產(chǎn)示波器將在全球市場版圖中占據(jù)更大份額，不僅成為推動電子產(chǎn)業(yè)革新的中堅力量，更將作為 “中國智造” 的卓越典范，激勵更多國產(chǎn)高科技企業(yè)勇立潮頭，在國際競爭舞臺上綻放中國創(chuàng)新的璀璨光芒。

歡迎將我們設(shè)為“星標(biāo)”，這樣才能第一時間收到推送消息。

關(guān)注EEWorld旗下訂閱號：“機器人開發(fā)圈”

回復(fù)“DS”領(lǐng)取《DeepSeek:從入門到精通》完整版

掃碼添加小助手回復(fù)“機器人”

進群和電子工程師們面對面交流經(jīng)驗