ADC之谜：位数越高示波器性能越高？

ADC的位数是衡量示波器性能的一项重要参考指标，一般测试测量厂商在发布一款新型示波器时都会强调其ADC位数的改变。市面上的示波器采用ADC从8位到12位不等，普通用户会按照常规思维理解，觉得ADC位数越高测量精度越高，示波器性能越好。

从波器参数表来看，采样率和ADC的位数是互斥的，当采样率越高，ADC的有效位数越低。有些产品会采用算法补偿实现更高ADC有效位，但是如果ADC的有效位数是物理的，就和采样率无关。用杜吉伟的话就是，“在示波器领域，目前只有是德科技的产品在带宽达到13GHz以上时可以做到ADC的有效位数是10bit，而且是物理有效位。”

ADC再往更高位数做就无法攀岩了吗？其实是德科技已经将ADC做到了14bit，而且已经应用在了频谱分析仪产品中。用户可能会问：既然可以将14bit ADC用到网络分析仪中，为什么不能用在示波器中？我们要知道，衡量示波器性能的参数不只是ADC有效位数，除此之外还有示波器的本底噪声、固有抖动和通道之间的抖动。

示波器如果想要测量更精细的信号，首先本身要纯净，噪声要小。杜吉伟比喻仪器本身和人一样，心胸要足够广阔才能看得更远，如果心藏怨恨能看到的世界就只有怨恨，容纳不了更多的风景。但是对于示波器来说，电子产品的杂散不可能是零，信号采集进来要经过前端放大器，如果示波器本身的噪声很大，ADC的位数再高也无法实现更高的精度，目前前端放大器的精度还配不上14bit 的ADC，可见示波器测量精度继续向上发展的瓶颈不是ADC有效位数，而是带宽、前端放大器、ADC全面突破才有意义。

独门绝技—磷化铟工艺

是德科技之所以可以在测试测量领域独居鳌头，是因为它还有一项“独门绝技”— 磷化铟工艺。早在80年代，惠普公司就开始进行磷化铟技术的研发，2004年第一次把磷化铟技术用到安捷伦的频谱分析仪和网络分析仪中，2010年将该技术用到示波器中。Infiniium V和Infiniium Z系列均采用了该工艺，UXR系列采用的是新一代磷化铟工艺。杜吉伟分析，“从性能来看，磷化铟工艺比锗硅工艺的本底噪声要小，可以把10bit ADC的优势充分发挥出来，14bit ADC分辨率理论上可以做到1/2^14 ，但是实际上实现不了，是因为前端放大器本身带来的噪声比较大，就是把前端放大器做到毫伏级别，这个级别的底噪也比1/2^14 大很多，会覆盖ADC的精度，ADC位数再高优势发挥不出来。”

笔者在几年前就了解到了磷化铟工艺，但是直到今天别的测试测量公司也没有采用，是技术本身太难还是其它公司觉得没有必要？杜吉伟的解释是，“毋庸置疑，磷化铟的成本很贵，不是所有公司都可以通过销售产品负担得起，但是我们的产品线足够丰富，而且销量足够大，可以均摊成本，从而可以支撑起自建工厂实现商业化。我们在不断扩展磷化铟技术的应用范围，将技术从高端向中低端迁移，让更多工程师能够用上磷化铟技术的产品。”

110GHz带宽以后示波器的更高可能

每次采访，我总喜欢让受访者展望未来，因此这个问题也抛给了杜吉伟：继Infiniium UXR系列的“110GHz带宽，10bit ADC”精度之后示波器如何发展？他的回答是，“在五年之内，Infiniium UXR系列的110G带宽基本能满足市场上的大部分需求。除了要解决本底噪声问题外，示波器还有一个发展瓶颈就是计量，仪器要保持既定的测量精度需要每隔一段时间就进行校准，而目前110G带宽的示波器好多公司无法计量，我们推出的自校准模块可以支持110G，让仪器恢复出厂水平。”

为了方便中国客户，UXR系列示波器特意为中国市场定制了59GHz带宽产品，后期用户可以根据需要升级到70GHz或者110GHz，升级方式完全是软件升级，硬件不用作任何替换。

科技发展的未来有无限可能，就像芯片制造工艺一样，当工艺节点发展到28nm时很多人就觉得够用了，但是后来又推出了16nn、10nm、7nm，如今5nm技术研发已经提上提成，未来还会有3nm、1nm；通信技术从2G到3G，再到4G，我们都觉得手机上网速度已经够快了，如今5G也即将商用，它将推动人工智能、自动驾驶等新应用的实现。示波器的技术参数也会随着科技发展的需求不断向前迈进，突破“110GHz带宽”或许并不遥远。