關于RIGOL“鳳凰座”ASIC芯片組的介紹和應用

ASIC（Application SpecificIntegrated Circuits），或稱專用芯片，是針對專門應用而設計的集成電路，與之相對的是通用芯片，例如運算放大器等。專用芯片通常具有性能高，可靠性高，體積小，功耗低等特點，特別在性能方面，專用芯片往往遠超通用芯片，比如：使用通用芯片設計的示波器只能做到1GHz帶寬，而使用專用芯片設計的示波器帶寬可以達到幾十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計能力彌補了通用芯片的不足，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。

中國第一臺商用1GHz帶寬數(shù)字示波器RIGOL DS6000

然而設計芯片并非易事，特別是在毫無基礎的情況下便以打造業(yè)界先進水平的示波器芯片為研發(fā)目標，設計連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，在給芯片組命名的時候，團隊選擇了88個星座中的南天“鳳凰座”（Phoenix），寄托的含義是“浴火而生”。

研發(fā)一款手機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鍵指標的芯片有三顆，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構大不相同，需要單獨研發(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；寬帶運算放大器的帶寬可以達到幾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、又要具有精密運放的精度，還要具有非常低的諧波失真，設計難度不言而喻。

另外，示波器里面的放大器使用的是模擬半導體工藝，現(xiàn)在的數(shù)字半導體工藝都已經(jīng)到了10nm甚至7nm，但是模擬半導體工藝還遠沒有達到這個程度，所以需要通過芯片設計將模擬半導體工藝的能力推向極限，來彌補其性能上的不足?？上攵?，這對芯片設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)有了幾十年的設計經(jīng)驗。既然示波器芯片設計的要求這么高，而RIGOL之前又沒有任何的芯片設計經(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？

RIGOL是業(yè)界領先的，從事測量儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的國家高新技術企業(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，填補了多項國家空白。產(chǎn)品遠銷美、英、法、德、俄、日、韓等70多個國家和地區(qū)。