不是我说,我国在高端示波器市场不配拥有姓名

  • 2019/03/15

 

我就这么说吧,在高端示波器市场,中国不能拥有姓名。

众所周知,我国在不少半导体器件方面落后于国外产品,光刻机就是其中的一样,当然示波器也是。

今天与非网小编就与大家来说一下这个示波器,我国与国外的水平到底差在哪里。

示波器是什么?

示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器。它能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图象,便于人们研究各种电现象的变化过程。示波器利用狭窄的、由高速电子组成的电子束,打在涂有荧光物质的屏面上,就可产生细小的光点。在被测信号的作用下,电子束就好像一支笔的笔尖,可以在屏面上描绘出被测信号的瞬时值的变化曲线。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线,还可以用它测试各种不同的电量,如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。

就是这样一款无论是教学,维修还是机器生产都要用到的产品,国内只能做到带宽 500M 赫兹以下的,高带宽的做不了,而国外的示波器可以办到。

国产示波器难道是本来就比不上国外的产品吗?其实不是这样的,曾经大家都是在一条起跑线上。

 

示波器起源
诺贝尔奖获得者,德国物理学家 K.F. 布劳恩(图 1)在 1897 年出于对物理现象的好奇而发明了 CRT 示波器。他向荧光 CRT 上的水平偏转片施加一个振荡信号,然后向纵向偏转片发送一个测试信号。这两个偏转片会在小荧光屏上产生瞬态的电波图像。该发明逐步演变(图 2)成一台测量仪器,并且其性能在后续的 50 多年里不断改善。工程师霍华德•卫林在 1947 年所作的改进让示波器成为一台非常实用的仪器,首次能够通过触发器来控制扫描功能。

图 1:诺贝尔奖获得者,物理学家 K.F 布劳恩

泰克成为吃螃蟹第一人
最开始的示波器并不具有触发功能,而泰克做出了改变。1947 年,在中国人民共和国并没有成立的前夕,泰克就已经发布了他的第一款产品:511 型示波器。与他的前辈最大的不同之处在于,他首次拥有了精确的触发系统,其实就是我们今日所能见到的每一台示波器都具有的边沿电平触发。

这项技术说到底就是通过调节触发电平来确定每次扫描在波形上的起点,通过数屏幕上的格子就对被测信号进行准确的时域分析。而对于当时的情况来说,这是一种跨时代的进步,这一项简单的原理已然成为今日每一台示波器所必需的功能,不得不说他是现代示波器的起点。

差距不太大的 60 年代
涉及到示波器相关的具体技术,在 60 年代以前,我国和国外还没有很大的差距,因为使用的都是电子管,电子管的要求并没有那么苛刻,只是对工业机械设备有一定的要求,主要是冲压和焊接等等,另外电子管特殊的阴极涂层材料也对性能影响至关重要,这一切都不是遥不可及的。此外这个时期的示波器带宽通常还没有超过 40MHz,确实难度不是特别大,这个阶段我们和技术储备方面没有太大差距,主要是因为需求也不是太多,导致产品无论从工艺还是结构,都有些落后。

逐渐赶不上的 60 年代中期
而到了 60 年代中期,一些半导体器件开始逐渐取代电子管的地位,此时示波器的带宽开始达到 100MHz。在这个时期电子计算机的应用也开始逐渐推广开,这导致对示波器有更多的需求。

60 年代末期美国佬已经可以制造精密的内刻线示波管。即示波管屏幕上的格子是刻在示波管内部的玻璃面上的。这样读数误差更小。而同年代,国内并没有太大的进步,高带宽示波管对加工技术和设计提出了十分高的要求,电子计算机更是全国都没有多少。国产示波器全部都是刻在压克力片上然后放在荧光屏前边,从不同角度看就有不同的误差。再加上没有实际的需求,一直到 80 年代后期可能才生产了小部分内刻线示波管,主要用于超声波探伤仪

 

差距越来越大的 70 年代
到了 70 年代,美国人美国人的微波半导体技术开始突飞猛进,微电子集成电路技术更是日新月异,这个时段常规示波器带宽到达 350MHz,特种示波器可达 1GHz。同时半导体技术的更进一步发展使得示波器完全可程控化,也可以进行数字化采集。

比如同年代的模拟示波器已经具有微处理器了,可以在荧光屏上直观的读出测量参数,又可以将参数和波形传递给计算机。直到几十年后国产的模拟示波器才开始具有这种能力。而此时我们半导体工业止步不前,还只能生产普通逻辑门电路

再也追不上的 80/90 年代
进入了 80 年代初在此时代得益于众多行业对超大规模电路的需求,由于雷达等特殊需求,砷化镓半导体技术快速成长,同时应用在网络分析仪,频谱分析仪射频测量仪器内。这些其他领域的技术铺垫为高性能数字示波器铺平了道路。

而国内由于相关产业稀缺,在此时出现了极大的技术断层,并且直到今天也未能追上。
如此看来,我国到如今的境地其实是有迹可循的,一步落后步步落后,在技术的发展上从来没有任何捷径可言。材料与器件材料严重依赖工业基础,让国产厂商十分被动,高速 adc 以及 FPGA 等,只有少数几家厂商才能做出来,发展状况难免局促。当然也有时代的原因,此处就不多做赘述。

总而言之,我国的高端示波器之路任重而道远,想要赶上先进国家,怕是难如上青天。

 

示波器三巨头
安捷伦

安捷伦科技有限公司是一家多元化的高科技跨国公司,它于 1999 年从惠普研发有限合伙公司中分离出来,主要致力于通讯和生命科学两个领域内产品的研制开发、生产销售和技术服务等工作。

力科
leCroy 力科仪器是提供测试设备解决方案的生产厂商,为使得全球各行各业中的公司提供能够设计和测试各类电子器件。成立于 1964 年,自公司成立以来,一直把重点放在研制改善生产效率的测试设备上,帮助工程师更快速、更高效地解决电路问题。

泰克
泰克这个品牌在市场上是一家相当知名的企业,在行业中是一家主要经营频谱仪、示波器、采样器、存储、存储器等产品的企业,成立至今公司在很多的生产技术上都是处于行业的领先地位,旗下的示波器在准确度上是颇受认可的。

国内知名厂商
普源精电
RIGOL 是业界领先从事测量仪器研发、生产和销售的高新技术企业;是中国电子仪器行业协会、中国仪器仪表协会会员。公司拥有国际水准的技术,拥有数量众多的专利和计算机操作系统软件著作权,自主知识产权填补了国家空白。

优利德
香港集团有限公司成立于 1988 年,在行业中是一家主要经营各类测试仪的企业,在产品的质量上公司也先后通过了 ISO9001 品质检验体系,并且在产品的生产上公司坚持采用最精湛的制作工艺,旗下的示波器也以优异的质量远销海内外。

金涵电子
金涵电子有限责任公司,是一家致力于手持示波器及其他控制系统以及 LED 控制卡开发的高科技公司,是集研发、生产、销售控制系统为一体的专业公司。

鼎阳科技
一家集研发、生产、销售、服务于一体的专业数字示波器等测试测量仪器生产厂家。

汉泰
一家集研发、生产、销售、服务为一体的通用仪器专业生产厂家。

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