（文/程文智）示波器是目前應(yīng)用比較廣泛的一種時(shí)域測(cè)量?jī)x器產(chǎn)品，主要用于采集電路的中的電信號(hào)并存儲(chǔ)和顯示，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量、分析和處理。其作用是把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成可以看得見的圖像。工程師可以通過(guò)示波器觀察各種不同信號(hào)的幅度隨時(shí)間變化的波形曲線，還可以測(cè)量各種不同的電量，比如電壓、電流、頻率、相位差等，那些可以轉(zhuǎn)換為電效應(yīng)的周期性物理過(guò)程都可以通過(guò)示波器來(lái)進(jìn)行觀察。

按照信號(hào)處理方式的不同，示波器分為數(shù)字示波器和模擬示波器兩種。目前數(shù)字示波器在市場(chǎng)規(guī)模應(yīng)用范圍上均是主流。根據(jù)Imarc 預(yù)測(cè)，2021 年全球數(shù)字示波器市場(chǎng)規(guī)模約為135 億元，并有望在2027 年突破190 億元，2021~2027 年行業(yè)CAGR 為5.1%，行業(yè)增速穩(wěn)定。

數(shù)字示波器的核心指標(biāo)和主要玩家

對(duì)數(shù)字示波器來(lái)說(shuō)，其核心性能指標(biāo)包括了帶寬、采樣速率和存儲(chǔ)深度。帶寬是指輸入一個(gè)幅度相同，頻率變化的信號(hào)，當(dāng)示波器讀數(shù)比真值衰減 3dB時(shí)，此時(shí)的頻率即為示波器的帶寬。帶寬決定了示波器所能檢測(cè)到的信號(hào)頻率范圍，最高帶寬越高，能夠檢測(cè)的最高信號(hào)頻率越高。而實(shí)時(shí)采樣率與帶寬密切相關(guān)，其決定了示波器 ADC 在單位時(shí)間間隔內(nèi)可采集的樣本點(diǎn)數(shù)，直接影響信號(hào)波形的還原程度，實(shí)時(shí)采樣率越高，采樣速度越快，失真越小。最高帶寬和實(shí)時(shí)采樣率越高，其技術(shù)難度越高，應(yīng)用領(lǐng)域越豐富，產(chǎn)品價(jià)格也越昂貴。存儲(chǔ)深度是指數(shù)字示波器所能存儲(chǔ)的采樣點(diǎn)多少的量度。

在行業(yè)內(nèi)，數(shù)字示波器按照帶寬會(huì)將產(chǎn)品分為低端、中端和高端三種類別。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，最高帶寬小于1GHz的數(shù)字示波器產(chǎn)品為低端數(shù)字示波器產(chǎn)品，在市場(chǎng)上的占比約為40%，主要用于對(duì)測(cè)試功能、測(cè)量精度等指標(biāo)要求不是很高的應(yīng)用場(chǎng)景，比如教育教學(xué)、研發(fā)、測(cè)量低頻電路、電子兼容性、電源和電網(wǎng)等場(chǎng)合。主要玩家有泰克、普源精電、鼎陽(yáng)等廠商。

帶寬在1GHz~10GHz之間的產(chǎn)品稱為中端產(chǎn)品，此類產(chǎn)品主要用來(lái)查看信號(hào)完整性分析、眼圖和抖動(dòng)分析、高速數(shù)據(jù)采集分析等，應(yīng)用場(chǎng)景包括高階教育教學(xué)、研發(fā)、部分生產(chǎn)測(cè)試比如MIPI、USB Type-C等中等速度數(shù)據(jù)總線分析。市場(chǎng)占比約為40%。主要玩家有是德科技、泰克、R&S、力科、NI、恒河、安立等廠商。

帶寬超過(guò)10GHz的數(shù)字示波器稱為高端數(shù)字示波器，主要應(yīng)用在高性能電路研發(fā)和前沿研究，比如高速串行總線收發(fā)器研發(fā)、光通信網(wǎng)絡(luò)物理層測(cè)試、超寬帶信號(hào)分析、太赫茲系統(tǒng)、高端芯片研發(fā)測(cè)試等。市場(chǎng)占比約為20%。主要廠商有是德科技、泰克和力科等。





國(guó)內(nèi)數(shù)字示波器主要集中在中低端，壁壘有三個(gè)

從市場(chǎng)格局來(lái)看，海外廠商占了多數(shù)高端市場(chǎng)份額，國(guó)產(chǎn)廠商產(chǎn)品主要集中在低帶寬市場(chǎng)。比如是德科技、力科和泰克的示波器的最高采樣率分別達(dá)到110GHz、100GHz 和33GHz，而國(guó)內(nèi)廠商產(chǎn)品主要集中在4GHz 以下的低帶寬市場(chǎng)。目前，國(guó)內(nèi)做到最高的頻段是普源精電的DS70000 系列，最高帶寬為5GHz，國(guó)內(nèi)外頭部廠商的示波器在帶寬領(lǐng)域的存在較大差距。從采樣率指標(biāo)來(lái)看，海外廠商仍然具有明顯優(yōu)勢(shì)。

與帶寬密切相關(guān)的其實(shí)是ADC芯片，它是負(fù)責(zé)前端的模擬量信號(hào)采樣，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，僅需數(shù)字中頻，然后進(jìn)行分析。國(guó)產(chǎn)儀器要想在高端示波器領(lǐng)域有所突破，必須要突破三大壁壘：
首先是ADC等關(guān)鍵芯片。一般來(lái)說(shuō)電子測(cè)量?jī)x器行業(yè)上游供應(yīng)商主要有各種原材料供應(yīng)商，包括了IC芯片、二極管、三極管、 RCL元件、 PCB板及漆包線等。而IC芯片是其核心材料，占了其成本的近4成。據(jù)鼎陽(yáng)科技與普源精電的招股說(shuō)明書披露，其原材料采購(gòu)中，IC芯片占比最大，接近 40%；其次是電子元器件（二極管、三極管、 RLC等）占比約為 PCB占比約為 10%，顯示屏約為 7%，結(jié)構(gòu)件約為 17%，其他材料約 6%。

而ADC芯片是影響帶寬的關(guān)鍵，其性能將會(huì)影響整個(gè)示波器的可測(cè)量的頻帶范圍。目前國(guó)內(nèi)的ADC、DAC產(chǎn)品主要采購(gòu)ADI、TI的產(chǎn)品。但其實(shí)，2 GHz帶寬以上的示波器產(chǎn)品的ADC，廠商很多都會(huì)自己做，比如全球做示波器的廠家中，現(xiàn)在有五家是可以自研，是德科技、泰克、力科，R&S和普源精電都是自研的。其他的廠商基本上都是外采，而外采ADC的品牌很少有高端的產(chǎn)品，因此，如果想要往高端走，自研ADC的需求還是比較高的。

二是數(shù)字中頻的運(yùn)算能力，就是算力，包括實(shí)時(shí)性。所謂實(shí)時(shí)性就是因?yàn)殡S著采樣率越高，采樣的速度越大，所以單位時(shí)間內(nèi)獲得的數(shù)據(jù)量就越大。為了使示波器本身死區(qū)時(shí)間不至于過(guò)長(zhǎng)，死區(qū)時(shí)間就相當(dāng)于采集一段然后進(jìn)行分析的這段時(shí)間，儀表是不采集的，叫死區(qū)時(shí)間。時(shí)間越長(zhǎng)就相當(dāng)于采集不到的數(shù)據(jù)越多。要想把采集時(shí)間做得越短越好，示波器的速度、中頻就會(huì)要求處理的算力比較高，所以這塊也是也是需要突破的點(diǎn)。這就需要CPU、GPU、FGPA、DSP等處理器的支持。頻域的儀表，還有比如晶振、混勻器或者混平的電路。因?yàn)?示波器像廣播，是要混頻某頻段來(lái)進(jìn)行分析，對(duì)于分析帶寬也是有要求。而帶寬受制于中頻，也就是受制于FPGA，所以整個(gè)FPGA的研發(fā)性能，包括 DSP的參數(shù)、性能等，包括他們的算法。這塊國(guó)內(nèi)起步還是比較晚的。

三是軟件。示波器本身對(duì)于行業(yè)的應(yīng)用相對(duì)較多，所以推出軟件的 license 比如去測(cè)高階的USB，串行或者并行的數(shù)字處理信號(hào)等需要軟件來(lái)輔助客戶進(jìn)行測(cè)量。這一塊也需要示波器 廠商進(jìn)行軟件方面的研發(fā)。

目前國(guó)內(nèi)廠商在軟件方面也有一些布局，基礎(chǔ)的license 做的還可以了，比如 USB 等串行總線分析。但是比起國(guó)外的廠商，軟件的覆蓋率相對(duì)來(lái)可能是比較低的，比如和是德科技相比，是德科技的一款示波器的軟件有三、四十種，鼎陽(yáng)和普源就10來(lái)種，還是差的比較多。做軟件的是根據(jù)市場(chǎng)需求來(lái)做的，所以如果一旦示波器應(yīng)用的范圍更廣，軟件的種類相對(duì)會(huì)更加豐富。

當(dāng)然，客戶也可以不要原廠的軟件自己去寫，但需要了解編程，還需要示波器廠家開放示波器里面的內(nèi)核供客戶使用。但如果客戶沒有自己編寫軟件的能力，就需要依靠原廠提出的軟件，包括軟件的平臺(tái)來(lái)使用。

結(jié)語(yǔ)

其實(shí)，近年來(lái)國(guó)產(chǎn)示波器代表廠商普源精電和鼎陽(yáng)科技在示波器領(lǐng)域的市占率均明顯提升，其中普源精電數(shù)字示波器的全球市占率從2018年的1.7%提升至2021年的2.7%，鼎陽(yáng)科技數(shù)字示波器的全球市占率從2017 年的0.9%提升至2020 年的1.4%?？梢钥吹贸鰜?lái)，國(guó)產(chǎn)數(shù)字示波器的滲透率在快速提升。