安捷伦用磷化铟芯片实现32GHz模拟带宽实时示波器

安捷伦用磷化铟芯片实现32GHz模拟带宽实时示波器

安捷伦4月27日在全球同步推出 Infiniium 90000 X 系列实时示波器，包括DSO、DSI两个系列。主要特点为：用磷化铟芯片实现了16、20、25、28 和 32 GHz的模拟带宽，本底噪声为50 mV/格、32 GHz带宽 时小于2mV，本底抖动约180 fs，是目前同类产品的 50％，采样率为80Gsps，存储深度为2 Gpts。该系列示波器有10个型号，带宽均可升级。主要针对10G以太网及其他高速串行接口等应用的信号测试。

图1 Infiniium 90000 X 实时示波器	图2 探头系统

　　同时推出的还有16 GHz～30 GHz带宽的高阻差分探头系统和40 多个应用软件，探头也可升级到更高的带宽。应用软件包括抖动分析、InfiniiScanPlus触发、雷达脉冲信号分析工具以及一致性认证测试套件。

　　安捷伦副总裁兼数字测试方案总经理Siegfried Gross指出：我们将此前在频谱分析仪和射频网络分析仪中采用的磷化铟（InP）材料和工艺首次用在示波器里。与现有的砷化镓（GaAs）材料相比，磷化铟具有更高的饱和及峰值电子速率，更高的热传导率，更低的表面复合速率以及更高的击穿电场强度。通过控制工艺尺寸和电容参数，使内部晶体管截止频率达到200GHz，进而实现了32GHz的带宽。

图3安捷伦副总裁兼数字测试方案总经理Siegfried Gross

　　对于如何在实现32 GHz高带宽的同时进行有效的噪声屏蔽和散热，Siegfried Gross进一步解释说：“现有的商用芯片技术无法满足高带宽的需要，我们用磷化铟半导体材料开发了6个模拟芯片，采用射频微波中的氮化铝三维封装技术，同时也用到了示波器探头前端。集成了磷化铟芯片的多芯片组模块用氮化铝材料做散热衬底，它本身热传递系数非常好，热传递系数和硅比较接近，虽然温度高但不会断裂。氮化铝材料本身质地比较硬，我们用了超过十年的时间才把氮化铝散热材料用到工艺里。多芯片组模块采用块模封装技术，即厚模和氮化铝封装，前端放大器模块里有三个部分是用三维电路设计的，上面加一个金属盖形成一个腔体，类似微波波导设计，把金属盖封上后再用波峰焊技术焊到PCB上，在PCB上不再有高速信号。这样，就可以有更多的空间屏蔽噪声信号。32GHz信号通过的地方用准同轴电缆，它不是同轴电缆，但是和同轴电缆的性质非常接近，当信号进来以后处理完再出到模块外，已经变成低速的信号。”

图4 磷化铟芯片封装	图5 32 GHz模拟带宽眼图

　　由于目前 16 GHz 带宽硬件技术的瓶颈，市场上的同类产品采用DSP增强技术或频域间插技术提高示波器的测试带宽。

　　对于用硬件实现32GHz带宽与上述2种方法的区别，安捷伦亚太区示波器市场开发经理杜吉伟表示：用DSP方法把带宽提上升，在放大了信号的同时也放大了噪声，并且会影响测量精度。而频域内插技术用了两套滤波器，信号进来以后直接进ADC，另一路进入混频器，然后再用ADC采样，经过一系列运算之后显示出来，这种方式非常复杂，本底噪声变得更大。与用硬件方式相比，测试结果会差很多。例如，用16GHz示波器测一个信号，测试结果是39.84ps，如果用20GHz带宽示波器，眼图较小，用32GHz示波器，测试结果是16.57ps，眼图是正常的。

图6 Infiniium 90000 X 与DSP增强技术、频域间插技术的比较

　　对于本底噪声，杜吉伟把DSP增强技术、频域间插技术和90000 X 实时示波器进行了比较，测试结果显示，通过DSP方法把带宽提高到20GHz，本底噪声显示较高，用频域内插技术本底噪声更高，90000 X的本底噪声最低，为1.53 mV。对于本底抖动，用20GHz带宽示波器测试一个干净的信号，结果显示，90000 X的本底抖动是DSP带宽示波器的十分之一。目前，在高能物理、有线通信标准和USB、SASA、PCIe等高速串行数据链路的测试中，设计裕量和抖动裕量越来越小，带宽要求越来越高；探头的负载效应；被测信号更复杂，要考虑去除夹具、电缆的影响，及调制/解调技术的要求。在此背景下，安捷伦开发出了Infiniium 90000 X 系列实时示波器。