32GHz带宽实时示波器技术分析
实时采样和模数转换技术
鹤立白雪，愚者见鹤，聪者见雪，智者见白。磷化铟示波器的出现，我一开始的注意力集中在前端放大器芯片、三维设计封装以及氮化铝散热材料的应用，芯片技术突破16GHz瓶颈，达到32GHz数量级，甚至为更高示波器实时带宽的实现做好了技术储备。但有着丰富研发和客户支持经验的孙灯亮反而认为最重要的突破是采样电路技术，新的采样电路的设计使得样点间的精度由1ps以上提高到50fs，同时克服ADC带宽的限制和未来采样率发展的瓶颈，灯亮认为这才是关键之处，并建议国内从事模数转换器研发的工程师们可留心这点，灯亮敏锐的技术视角和观察深度让我成就了这篇短文。
对于示波器来讲，带宽是第一重要的指标，我们前面讨论的磷化铟技术，主要是用来改进探头带宽、示波器前置放大器带宽、触发带宽、采样头带宽；磷化铟技术对采样系统率的贡献只在采样模块的输入缓冲芯片上，其余部分不再是磷化铟技术，事实上也没有必要使用磷化铟技术，因为其它难度较低的技术完全可以胜任。
图1 磷化铟示波器内部采集板实物照片，每个通道后面有两个20GSa/s的单晶片（die）模数转换器，实时采样子系统，包括封装到前置模块中的Sampler芯片，封装到模数转换模块中的磷化铟缓冲芯片、CMOS模数转换芯片，封装到内存控制模块中的MegaZoom大数据量硬件加速处理专用芯片、内存控制器以及采集内存
图1是90000 X系列示波器被拆开后的采集板实际照片，每个示波器内部有两个这样的采集板，每个采集板支持两个通道，上有一块磷化铟前置电路多芯片模块，信号经过前置放大器和触发芯片，再进入采样头电路（英文是Sampler或Router），至此所有的信号都还在磷化铟前置模块内部，所有的高频信号在这里均得到调理，该磷化铟前置模块透过BGA波峰焊焊接到PCB上。这个采集板的PCB是20层板设计，材料采用Nelco-13 （放弃使用FR-4），板上有4000多个部件和近5000个网表（netlists）。信号从前置模块出来后，经由BGA焊盘连接到PCB上，首先进入的是模数转换器芯片，每个采集板支持两个通道，每个通道上后面有两个模数转换器，因此在该采集板上将看到4个模数转换器，再后面是内存控制器，最后进入采集内存。一个采集板上的内存是8G点，每个通道4G点，是的，物理上是每通道4G点，但如果你翻查磷化铟示波器的Datasheet，其指标是最高2G点每通道，在分段存储下，最多可达4G点，这意味着，如果有必要，打开每个通道4G的存储深度是可能的。
90000 X 磷化铟示波器的采样电路子系统架构是一项不太引起大家注意的技术创新，其创新体现在以下几个方面：
1. 采样头（Sample）在模数转换器的输入缓冲芯片之前分开，单独设计
2. 顺序延迟采样为模数转换未来发展预留空间
3. 模数转换器的输出接口重新设计，采用串行链路
