日前，國務(wù)院印發(fā)《中國制造2025》，在政策上為工業(yè)4.0提供指引，不出意料，各相關(guān)行業(yè)反響強烈，包括為工業(yè)提供質(zhì)量保證的測試測量行業(yè)。作為測試測量行業(yè)先鋒，成立于1946年的泰克(Tektronix)，從發(fā)明第一臺示波器開始直到今天，期間經(jīng)歷過第三次工業(yè)革命的洗禮，并且收獲了這場革命帶來的包括經(jīng)濟和技術(shù)在內(nèi)的豐厚價值?，F(xiàn)在第四次工業(yè)革命——工業(yè)4.0已經(jīng)初現(xiàn)端倪，泰克也在不斷創(chuàng)新，以幫助客戶正面迎接工業(yè)4.0，例如最新推出的重磅產(chǎn)品——70 GHz ATI高性能實時示波器。

    就在《中國制造2025》出來的第二天，泰克在京舉辦了創(chuàng)新論壇，而主題恰好就是“工業(yè)4.0時代的測試測量”。泰克大中華區(qū)市場總監(jiān)徐贇先生和泰克中國區(qū)銷售總監(jiān)宋磊先生與參會工程師們分享了許多與中國、與工業(yè)相關(guān)的小故事，以及泰克針對工業(yè)4.0的最新技術(shù)。

    “今年是泰克在中國市場的第30個年頭，已經(jīng)為中國提供幾十萬臺測試儀器，其中的使用者就不乏工業(yè)領(lǐng)域的客戶。”宋磊先生感慨到，“無論推出什么產(chǎn)品，無論針對哪個行業(yè)，泰克一直秉承創(chuàng)新性、可靠性和界面友好這三點。19世紀(jì)70年代，在中國的衛(wèi)星地面站和廣播站就開始用泰克的設(shè)備，前陣子我去參觀，發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷了40多年，有的設(shè)備還在使用，并且指標(biāo)與當(dāng)時的一樣，足以證明我們設(shè)備是多么可靠。”

秉承創(chuàng)新理念，拓展新領(lǐng)域

   泰克近些年收購了BERTScope、Optametra、吉時利、Picosecond Pulse Labs以拓展新領(lǐng)域，為客戶提供更完善的解決方案。在2010年收購與其“同年生”的吉時利（KEITHLEY）時，引起了業(yè)內(nèi)不小的震動。宋磊先生強調(diào)了此次收購為泰克帶來的好處：“現(xiàn)在泰克可以提供從皮安倍（pA）、納伏（nV）到吉赫茲（GHz）這樣最高帶寬的測量，并且從工程師使用的電子測量儀器拓展到半導(dǎo)體、新材料領(lǐng)域的測量。也即從廣度和深度上都助泰克一臂之力，鞏固行業(yè)地位。”

    當(dāng)然，創(chuàng)新是需要資金支持的。宋總透露：“泰克持續(xù)加大投入，2014年的研發(fā)投資占產(chǎn)品銷售收入的19%。并且現(xiàn)在的收入多半來自過去3年推出的新產(chǎn)品，這些都是對手不能比的。泰克還使用了入選哈佛大學(xué)教程的丹納赫商業(yè)體系（DBS）工具，用于精益生產(chǎn)和保證品質(zhì)。此外，泰克與IBM自1996年就建立了合作關(guān)系，與IBM共同研究的鍺硅(GeSi)芯片制造技術(shù)將用于未來10年的高帶寬、低噪聲測試產(chǎn)品中，例如用于預(yù)放大器和跟蹤/保持采集系統(tǒng)。”

工業(yè)4.0那么大，你怎么進入呢？四個關(guān)鍵點

    工業(yè)4.0有智慧工廠和智能生產(chǎn)兩大主題，徐贇先生認(rèn)為工業(yè)4.0就是智能和互聯(lián)互通，智能是特征，互聯(lián)互通是手段，而傳感技術(shù)是創(chuàng)新。因為過去我們說的智能總是集中在處理器這樣的后端，現(xiàn)在傳感器這樣的前端已經(jīng)成為創(chuàng)新的主力軍。徐總把高大上的工業(yè)4.0更具體地分解成4個我們能接觸和理解的技術(shù)：（1）計算，包括高帶寬、大數(shù)據(jù)和云計算；（2）通信，包括總線通信、無線通信和光通信；（3）基于計算和通信的控制，包括功耗監(jiān)測、信號完整性和實時頻譜等；（4）貫穿各個方面的智能。從以上也可以看出智能互聯(lián)時代的趨勢和挑戰(zhàn)：無處不在的無線技術(shù)、對更高帶寬的持續(xù)需求、提高能源效率、視頻無處不在。

    徐總解釋到：“現(xiàn)在很多設(shè)備都帶有無線功能，并且?guī)捲絹碓礁?，信號更?fù)雜；此外，真正的混合域應(yīng)用正成為趨勢，工程師要在一個設(shè)計中提供模擬信號和數(shù)字信號。以上這些都使得你即便不是RF工程師也必須做好無線。泰克為分析隨時間變化的超寬帶寬RF/微波信號提供革命性RF產(chǎn)品，如實時頻譜分析儀、混合域示波器等，并提供了整體RF測試方案，以應(yīng)對最苛刻的設(shè)計挑戰(zhàn)樹立信心。”

    總理都催著提高網(wǎng)速了，可見對更高的帶寬的需求多么強烈，而高帶寬對數(shù)據(jù)完整性提供了很高的要求。泰克包括示波器、誤碼率測試儀、光波信號分析儀等在內(nèi)的測量設(shè)備為高速計算機和通信系統(tǒng)設(shè)計提供準(zhǔn)確的測試結(jié)果，簡化串行標(biāo)準(zhǔn)測試復(fù)雜程度。泰克更是隆重推出了采用ATI（異步時序交織）技術(shù)的70 GHz實時示波器，這個將在后面詳細(xì)介紹。

    泰克和吉時利提供從元器件檢定到電源系統(tǒng)驗證的各種測量解決方案。覆蓋芯片、無線設(shè)備、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域極具挑戰(zhàn)的低功耗測試，例如低電壓低電源測試、待機功耗測試等，以幫助提高能源效率。

    你知道嗎？泰克一直是視頻設(shè)備的領(lǐng)導(dǎo)者，徐總給記者掃了一下盲：“現(xiàn)在的轉(zhuǎn)播車中都有泰克的設(shè)備。電視沒信號時的“雪花片”都是泰克發(fā)明的。伴隨著4K的發(fā)展，從內(nèi)容創(chuàng)建到傳送，泰克提供各種測量解決方案。”

從高帶寬示波器開始工業(yè)4.0之旅

    從發(fā)明示波器開始，泰克就一直引領(lǐng)示波器的世界標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)在每10個工程師中就有8個使用泰克的示波器，在工業(yè)4.0時代，示波器也必須要改進，以幫助工程師們加速調(diào)試未來設(shè)計。泰克秉承創(chuàng)新理念，進行大刀闊斧的改革，最新推出了世界上第一臺70 GHz采用ATI的高性能實時示波器 DPO70000SX系列，其代表著全新示波器的開始。

    在泰克已經(jīng)23年的資深行銷工程師Mike Martin特意來到中國向詳細(xì)介紹了這款高帶寬示波器，他說到：“這不是小改進，而是新紀(jì)元，未來許多新儀器也將基于這種平臺。其采用低噪聲ATI結(jié)構(gòu)，具有業(yè)內(nèi)最緊湊的封裝、可擴充的/靈活的多臺系統(tǒng)以及同類最優(yōu)秀的信號捕獲功能。憑借異步時序交織 (ATI)技術(shù)，泰克再度推進示波器行業(yè)發(fā)展。”

   DPO70000SX系列的主要指標(biāo)包括：70GHz模擬帶寬（<6 ps上升時間，可選為雙通道，每通道33 GHz帶寬）、200 GS/s采樣率、100fs抖動噪底、≥25GHz邊沿觸發(fā)帶寬、存儲深度達(dá)1 GHz。

    它是業(yè)內(nèi)封裝最緊湊的高性能示波器，有效利用機架空間，通道數(shù)量更高，能夠把兩臺示波器堆疊在同一個空間，變成標(biāo)準(zhǔn)臺式示波器；靈活地放置在DUT附近，縮短電纜長度，保持與DUT的信號保真度，支持靈活的顯示選項和分析控件。

    Martin介紹到：“憑借創(chuàng)新的UltraSync架構(gòu)，DPO70000SX支持高性能同步和控制總線，支持多臺配置；并且配置靈活，有精確的多通道同步定時，設(shè)計時的目標(biāo)是<500 fs通道間抖動，實際上達(dá)到了250 fs，這比當(dāng)今任何多通道示波器都更好；UltraSync電纜簡化系統(tǒng)連接；分布式處理技術(shù)，提高分析速度，即每臺儀器是對等的關(guān)系（非主從），進行并行處理，可將結(jié)果顯示在一個界面上。用于對高速信號和高存儲深度的測量。

    目前，在遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)光調(diào)制分析領(lǐng)域，400G波特要求更快的示波器（包括能夠同步多臺高性能示波器）；在基礎(chǔ)科研應(yīng)用中，需要準(zhǔn)確地捕獲高帶寬單次信號；在寬帶雷達(dá)、高級RF通信，需要Kband（40GHz）測試和驗證，而頻譜分析儀不能滿足這一需求；在高速數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，業(yè)內(nèi)正在轉(zhuǎn)向56Gb，需要驗證芯片和系統(tǒng)模塊。而DPO70000SX系列可以滿足這些領(lǐng)域的所有苛刻需求。

詳解ATI與混頻的區(qū)別和優(yōu)勢

   現(xiàn)在，光通信的速率通常設(shè)計為100 Gb/s及以上，不久的將來，研究設(shè)計目標(biāo)已經(jīng)達(dá)到1 Tb/s。隨著帶寬的要求的不斷提高，找到滿足內(nèi)奎斯特定理要求的ADC變成更大的挑戰(zhàn)。在ADC突破瓶頸之前，泰克認(rèn)為基于ATI技術(shù)的高性能實時示波器是必然之選。通過使用兩個ADC采樣整個頻譜，DPO70000SX示波器平均數(shù)據(jù)，提供了最低噪聲和最優(yōu)性能。

    Martin詳細(xì)描述了之前的一些技術(shù)方案：“為了拓展帶寬，時間隔行掃描是一種常用技術(shù)。隨著采樣率的提高，隨機噪聲會均勻分布到新的內(nèi)奎斯特帶寬上。泰克的競爭對手在高帶寬示波器上采用數(shù)字帶寬隔行掃描，對于示波器設(shè)計人員來說，其主要優(yōu)勢是每臺ADC的采樣率只需大于總帶寬。但是這種設(shè)計面臨許多挑戰(zhàn)。一旦采集結(jié)束，數(shù)據(jù)放入波形內(nèi)存，那么必須使用DSP把上方頻段上變頻回到原始頻率范圍?；謴?fù)兩個‘一半’頻譜、重建波形非常復(fù)雜。由于路徑并不是完全一樣，因此必須在抵消中補償這些差異，抵消則是DSP的一部分。此外，由于兩個‘一半’頻譜中使用急劇的帶通濾波器，因此恢復(fù)頻譜的具體中心存在問題。在重復(fù)區(qū)域可能有平坦度問題，在該點上相位線性度也有問題。噪聲PSD會均勻分布在采樣通道的內(nèi)奎斯特帶寬上。事實上，使用頻率交織時，噪聲會提高，而且沒有在保持帶寬不變的情況下去降低噪聲的機會。”

    ATI中完全對稱的路徑實現(xiàn)理想的性能匹配；每條路徑數(shù)字化整個信號，而不只是一半；重建增加了兩份整個信號，可以除以2進行平均，使噪聲下降3dB。 Martin對ATI的原理進行了細(xì)致的解釋：“在異步時序交織（ATI）技術(shù)中，預(yù)采樣器作為諧波混頻器?？驁D如下圖所示。需要說明的是：路徑是對稱的，ATI中使用兩個ADC采樣整個頻譜，信號的整個帶寬都被應(yīng)用到兩個ADC，這樣，噪聲的功率譜密度均勻分布到總采樣率中（每個ADC采樣率的2 倍），結(jié)果，通帶中的整體噪聲要低于類似頻率交織結(jié)構(gòu)中的噪聲。這種設(shè)計采用預(yù)采樣器，故意對輸入信號進行次采樣，從而產(chǎn)生假信號，或把頻譜成分的上半部分翻回到ADC的內(nèi)奎斯特帶寬。在最后組合步驟中，本質(zhì)上是和除以2，這一函數(shù)把輸入幅度返回原始值，另外會影響整個采集的噪聲平均，從而進一步降低測量通道的總噪聲。”

   總之，ATI技術(shù)提供了一種杰出的擴展商用ADC器件性能的方法，提供了最高的信號保真度，保持最低的噪聲電平。當(dāng)然，客戶不在乎你用什么技術(shù)來做示波器，而是在乎信號完整度、低噪聲等關(guān)鍵指標(biāo)。

    不管是70 GHz DPO70000SX示波器，還是六合一MDO3000混合域示波器，或者是DMM7510圖形采樣萬用表，都是泰克為滿足行業(yè)的各種需求而推出的。徐總總結(jié)到：“工業(yè)4.0時代將誕生更多的測試測量的新需求和挑戰(zhàn)，幫助中國工程師實現(xiàn)自主創(chuàng)新，迎接工業(yè)4.0的到來。