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【上篇】RIGOL“鳳凰座”ASIC芯片組的前世今生

2018-06-24
關(guān)鍵詞: Rigol ASIC 芯片組

  ASIC(Application Specific Integrated Circuits),,或稱專用芯片,,是針對(duì)專門應(yīng)用而設(shè)計(jì)的集成電路,與之相對(duì)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(jì)的示波器只能做到1GHz帶寬,而使用專用芯片設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)。

  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(jì)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(tái)商用1GHz帶寬數(shù)字示波器;另一方面,,為了能夠設(shè)計(jì)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(tái)商用1GHz帶寬數(shù)字示波器RIGOL DS6000

  然而設(shè)計(jì)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(jì)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(mèng),。RIGOL從2007年開始至2017年發(fā)布首款示波器ASIC芯片組,,歷時(shí)10個(gè)年頭,中間無數(shù)個(gè)不眠的日夜,,闖過了一個(gè)又一個(gè)難關(guān),,在給芯片組命名的時(shí)候,團(tuán)隊(duì)選擇了88個(gè)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(shí)10年,。為什么需要這么長時(shí)間?首先,,決定示波器帶寬和采樣率這兩項(xiàng)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(hào)處理芯片,它們?cè)谙到y(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(huì)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(cè)量的信號(hào)頻率范圍需要從直流到GHz,,測(cè)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(hào),,失真性能也很差;精密運(yùn)算放大器可以處理mV級(jí)到幾十伏的直流和低頻信號(hào),但是無法放大高頻信號(hào);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(jí)直流精度的要求,。示波器的測(cè)量信號(hào)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(jì)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(gè)程度,所以需要通過芯片設(shè)計(jì)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(duì)芯片設(shè)計(jì)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(jì)經(jīng)驗(yàn)。既然示波器芯片設(shè)計(jì)的要求這么高,,而RIGOL之前又沒有任何的芯片設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),,僅用10年就走過了前面幾個(gè)廠商20至30年才走完的一個(gè)路程,到底是怎么樣做到的呢?敬請(qǐng)各位閱讀下篇,。


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