《電子技術(shù)應(yīng)用》
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RIGOL“鳳凰座”ASIC芯片組的前世今生【上篇】

2018-07-04
關(guān)鍵詞: Rigol ASIC 芯片組

  ASIC(Application SpecificIntegrated Circuits),或稱專用芯片,是針對專門應(yīng)用而設(shè)計的集成電路,與之相對的是通用芯片,例如運(yùn)算放大器等。專用芯片通常具有性能高,可靠性高,體積小,功耗低等特點(diǎn),特別在性能方面,專用芯片往往遠(yuǎn)超通用芯片,比如:使用通用芯片設(shè)計的示波器只能做到1GHz帶寬,而使用專用芯片設(shè)計的示波器帶寬可以達(dá)到幾十GHz,而且通用芯片一般無法同時具備示波器所需的高輸入阻抗、低輸入偏流、快速過載恢復(fù)等特殊性能。正因如此,目前高性能示波器均使用專用芯片設(shè)計。

  為了研發(fā)性能優(yōu)異的示波器,RIGOL一方面不斷挖掘通用芯片的潛力,通過深厚的模擬電路設(shè)計能力彌補(bǔ)了通用芯片的不足,并于2009年推出了中國第一臺商用1GHz帶寬數(shù)字示波器;另一方面,為了能夠設(shè)計更高性能的示波器,RIGOL于2007年便開始投入芯片研發(fā),致力于掌握示波器專用芯片這一核心技術(shù)。

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  中國第一臺商用1GHz帶寬數(shù)字示波器RIGOL DS6000

  然而設(shè)計芯片并非易事,特別是在毫無基礎(chǔ)的情況下便以打造業(yè)界先進(jìn)水平的示波器芯片為研發(fā)目標(biāo),設(shè)計連ADI和TI這種世界頂尖模擬芯片廠商都沒有的芯片,更是如同癡人說夢。RIGOL從2007年開始至2017年發(fā)布首款示波器ASIC芯片組,歷時10個年頭,中間無數(shù)個不眠的日夜,闖過了一個又一個難關(guān),在給芯片組命名的時候,團(tuán)隊選擇了88個星座中的南天“鳳凰座”(Phoenix),寄托的含義是“浴火而生”。

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  研發(fā)一款手機(jī)SoC芯片大概需要2~3年,而RIGOL研發(fā)一套示波器芯片組耗時10年。為什么需要這么長時間?首先,決定示波器帶寬和采樣率這兩項關(guān)鍵指標(biāo)的芯片有三顆,包括差分探頭放大器芯片、模擬前端芯片、采樣和信號處理芯片,它們在系統(tǒng)上依次串聯(lián),三者共同決定了示波器帶寬,因此它們的帶寬性能要均衡,否則就會成為系統(tǒng)的短板。這3顆芯片的功能和電路結(jié)構(gòu)大不相同,需要單獨(dú)研發(fā)。

  其次,示波器測量的信號頻率范圍需要從直流到GHz,測量電壓范圍需要從mV到幾十伏。通常射頻放大器具有幾GHz甚至幾十GHz的帶寬,但是無法處理直流信號,失真性能也很差;精密運(yùn)算放大器可以處理mV級到幾十伏的直流和低頻信號,但是無法放大高頻信號;寬帶運(yùn)算放大器的帶寬可以達(dá)到幾GHz,但是無法滿足mV級直流精度的要求。示波器的測量信號特點(diǎn)決定了示波器專用芯片既要具有射頻和寬帶放大器的帶寬性能、又要具有精密運(yùn)放的精度,還要具有非常低的諧波失真,設(shè)計難度不言而喻。

  另外,示波器里面的放大器使用的是模擬半導(dǎo)體工藝,現(xiàn)在的數(shù)字半導(dǎo)體工藝都已經(jīng)到了10nm甚至7nm,但是模擬半導(dǎo)體工藝還遠(yuǎn)沒有達(dá)到這個程度,所以需要通過芯片設(shè)計將模擬半導(dǎo)體工藝的能力推向極限,來彌補(bǔ)其性能上的不足。可想而知,這對芯片設(shè)計的能力要求有多高。

  此前,世界上只有4家企業(yè)在自主研發(fā)示波器芯片組,分別是: 是德、泰克、力科和羅德與施瓦茨。他們大多都是在集成電路誕生之初就開始做芯片,已經(jīng)有了幾十年的設(shè)計經(jīng)驗。既然示波器芯片設(shè)計的要求這么高,而RIGOL之前又沒有任何的芯片設(shè)計經(jīng)驗,僅用10年就走過了前面幾個廠商20至30年才走完的一個路程,到底是怎么樣做到的呢?敬請各位閱讀下篇。

  關(guān)于RIGOL

  RIGOL是業(yè)界領(lǐng)先的,從事測量儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的國家高新技術(shù)企業(yè),是中國電子儀器行業(yè)協(xié)會、中國儀器儀表協(xié)會會員。公司已申請發(fā)明專利超過500項,填補(bǔ)了多項國家空白。產(chǎn)品遠(yuǎn)銷美、英、法、德、俄、日、韓等70多個國家和地區(qū)。


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