电子产品的多元化及多样化发展，扩展了混合讯号IC发展的更多可能性。而更先进的制程除了增加了混合讯号IC的电路设计复杂度之外，同时也加深了设计上的因难。为了因应这些挑战，不仅设计流程需要进行调整及最佳化，针对设计完成后的量测工作也更增添难度。例如在量产测试方面，整合数位及类比技术的测试方法相对提高了许多仪器发展进步的空间。尽管越来越多电子产品由于应用走向设计更为复杂的高频混合讯号IC，但只要能清楚了解各种现象，并拥有足够的量测技术作为搭配，设计上的问题都可以找到最佳解决方法。

混合讯号IC

混合讯号IC（Mixed-Signal IC）是整合了类比电路与数位电路的IC晶片。一般来说，这种混合讯号晶片可以执行所有功能或部份子功能，常见的混合讯号晶片像是手机的射频子系统，或是DVD播放机中用于读取数据路径和雷射读取头悬臂控制的逻辑晶片，这样的晶片通常都是一个SoC系统单晶片。混合讯号IC通常都整合了数位电路跟类比电路，并设计于特定用途。不仅设计过程需要非常高度专业并细心使用电子电路CAD工具，在晶片完成之后的测试也非常具有挑战性。

特别是随着通讯装置、消费性电子产品及电脑应用的多元化，混合讯号IC的应用及设计趋势也随之变得复杂。除了要考虑过去在电路技术层面的问题之外，由于先进制程的演进，使得设计流程所要解决的问题及困难度也都随之增加了许多。

高频产品发展趋势

科技的进步是为了带来更为便利的生活方式，因此许多通讯、娱乐及资讯装置都有了更为先进的功能。更为先进的通讯及网路功能提供使用者便捷的行动多媒体分享应用，这些资讯应用需求使得资讯的取得与分享转而无线化及宽频化，而使用者对于多媒体资讯的高解析品质需求也使得产品朝向高速传输与高容量发展。因应高速无线传输的应用需求，IEEE制定了许多不同的无线通讯规格，例如从低传输速率到高传输速率都有不同的规范，且不同传输距离的系统需求也不同。

这样的应用，使得混合讯号IC的技术需求也随之改变。除了无线射频技术与高速类比/数位、数位/类比转换器技术之外，诸如高品质音效处理IC（Audio Codec）、高速传输介面（USB2.0、STAT、PCI express）等，甚至电源管理IC及显示器驱动IC（LCD driver）等技术，都必须进一步整合在晶片之中。

制程的进步使许多IC能以更低的价格及成本进入市场，然而复杂的先进制程却增加了电路设计上的困难。闸极氧化层厚度在0.13微米的制程己接近2奈米，崩溃电压的降低也导致类比电路操作区域受到限制。制程的复杂除了增加设计困难度之外，随着电晶体的通道长度缩短，电晶体的闪烁杂讯也随之增加，许多类比电路为了要降低杂讯，只好增加电晶体通道长度，换句话说，为了达到相同频?，设计者必须增加功耗成了代价。此外，为了降低数位电路的功耗并增加积集度，闸极氧化层厚度愈来愈小，类比电路的操作区域相对受到限制，设计人员为了提高操作区间而将电压超限使用，导致电路可靠度出现问题。

混合讯号IC的操作频率随着产品应用需求不断提高，电晶体的高频模型不再只是射频IC的专利，许多的高速串联界面（如SATA、Serdes、PCIe等）也需要使用高频模型以反应电路真实的操作状态。目前许多高频模型甚至需要重现50GHz以上频率的行为。混合讯号IC中除了主动元件之外，还有许多重要的高频被动元件，例如电阻、电容、电感、变容器、变压器等，都需要精准的高频模型，这都使得高频元件模型的需求变得重要。

高频电路的特性与其布线方式有关，为了降低与元件模型间的误差并提高设计效率，半导体厂商大多提供PDK（personal design key）或FDK（foundry design key）解决相关问题，这些解决方法可提供更有效率的设计流程。 PDK与FDK也可以为高频矽智权提供再利用的平台。因此，随着制程的复杂化及混合电路的高频化，PDK与FDK所扮演的角色将愈来愈重要。

半导体厂商为了确认制程的良率，期望客户的资料能经过特定设计规格检验（Design Rule Check；DRC）。随着制程复杂性的提高，所需要检验的项目也愈多。特别是在0.18微米制程之后，由于化学抛光（CMP）使用更为广泛，对于后段制程的金属层特别要求其密度必须平均，但是某些高频与射频电路由于使用许多被动元件如电感，因此金属层密度很难达到半导体厂商的要求。此外，电路模拟也是电路设计流程中的重要环节，混合讯号IC包含数位及类比积体电路，各自模拟的时候可以依据数位或类比电路分别进行，但是在混合讯号IC中，工程师则需要依据电路的复杂度及时间的多寡决定模拟的方式。一般而言愈接近电晶体电路层的模拟愈准确，但是所花费的时间也愈长。

太克科技

今日的嵌入式设计工程师面临了系统复杂度不断增加的挑战。典型的嵌入式设计可能结合了多种类比讯号、高速和低速串列数位通讯，以及微处理器汇流排，这还只是其中一小部分。如I2C和SPI等串列通讯协定，经常用于晶片与晶片间的通讯，但是却无法在所有的应用程式中取代并列汇流排。

微处理器、FPGA、ADC和DAC都是嵌入式设计中代表IC特殊量测挑战的例子。工程师可能必须在同一块系统主机板上，解码两个IC之间的SPI汇流排，并且同时观察ADC的输入和输出。许多拥有示波器并希望借此节省时间的工程师，可能会选择使用3、4台示波器同时量测多种讯号，逻辑分析仪虽然可提供量测许多数位讯号的能力，但是复杂的除错工作可能不值得使用逻辑分析仪需要的设定及学习曲线。拥有16通道逻辑分析仪的基本功能，以及4通道的混合讯号示波器，将协助工程师面临这项挑战。

在嵌入式系统的混合讯号环境中，设计工程师往往必须使用一台示波器来检测类比讯号，再用另一台逻辑分析仪检测数位讯号。然而，两种仪器设备并用所撷取到的讯号之间往往缺乏时间关联性。此外，购置多部设备的成本也相对较高。

太克科技（Tektronix）的MSO4000系列混合讯号示波器正是针对嵌入式应用普及，以及工程师对于单一混合讯号测试设备的需求而设计的仪器产品。就混合示波器市场而言，十年来并无太大的创新与变化，所采用的技术与功能十年来都一样，仅在平台上作更新。因此，Tektronix在开发MSO仪器时便瞄准了简化操作、提高性能与降低除错时间三大目标，以期将示波器带入新一代的技术层次。

MSO4000系列包括MSO4032（350MHz）、MSO4034（350MHz）、MSO4054（500MHz）与MSO4104（1GHz）等四种不同的型号，结合了DPO4000数位示波器的性能优势和基本逻辑分析仪的功能于单一可携式设备上，有助于工程师进行4通道（类比）＋16通道（数位）讯号的检测，不但实现时间关联性，并大幅降低成本，为嵌入式设计与除错带来操作简便、低成本而高性能的新选择。

安捷伦科技（Agilent）

混合讯号示波器可同时观看类比讯号与数位讯号，而安捷伦正是最早开发出混合讯号（MSO）示波器的厂商，这是安捷伦领导业界的一款重要产品。安捷伦的混合讯号示波器将四个示波器的类比讯号频道，与16个逻辑分析仪的数位讯号频道整合于同一撷取系统中，最多可提供20个波形检视与触发频道，非常适合嵌入式设计应用。

过去微处理器或嵌入式系统等中低阶产品在设计或除错阶段，厂商必须分别购买逻辑分析仪与示波器来同时读取类比讯号与数位讯号，这将增加设计之成本。逻辑分析仪本身适用于多频道，例如需要读取超过32个频道以上的讯号时，便需要用到逻辑分析仪。但一般的微处理器或SDRAM记忆体之控制讯号不会超过16个，因此安捷伦将16个频道整合到示波器中，非常符合经济效益，同一部机器便具备示波器与逻辑分析仪之功能，很适合通道数少的微处理器与嵌入式系统设计时使用。

尽管同一仪器具备两种功能，但价格却和单一示波器相差不远，这是因为安捷伦在硬体上以及萤幕显示器等方面做了大幅的改善，因此混合讯号仪器整体价格并未大幅增加。

安捷伦的混合信号示波器可触发并检视20个时间关联的频道。由于每个频道的成本不高，16个数位频道可与所有Agilent 6000系列或Agilent 8000系列示波器进行整合。这些数位频道可应用于复杂的混合类比数位设计，这是传统2通道和4通道示波器所欠缺的。安捷伦MSO仪器并具备专利的MegaZoom显示和记忆体技术，以提供类比式的效能。

安捷伦的混合讯号示波器分为Infiniium 8000与6000两系列，6000系列是针对一般性简单用途之小体积示波器，​​只能观看波形；8000系列则是针对较为特殊之应用所设计，体积较大，内含更多应用所需之软体，可观看眼图并进行一致性测试，例如量测高速通讯传输或者SDRAM DDR400的控制讯号等，其适用领域为微处理器系统、消费性电子厂商之中高阶应用。

美商国家仪器（National Instruments）

NI所发表的LabVIEW 8.5图形化系统设计平台，是针对进阶无线技术、数位与混合讯号测试系统而设计，适用于测试、控制，与嵌入式系统的开发应用。

在投入多执行绪技术将近10年之后，LabVIEW 8.5透过直觉性的平行资料流语言，简化多核心与FPGA架构的高效能测试应用开发。当制造商转移至多核心处理器以提高效能时，LabVIEW 8.5已可于这些新处理器中执行，并提供更高的测试输出率与更强大的系统。新版LabVIEW可根据处理核心数量自动调整执行绪，以提高效能，并针对高效能测试应用，改善执行绪安全（thread-safe）的驱动程式与即时多执行绪，如无线的高速数位与混合讯号测试应用。

在使用LabVIEW 8.5对多核心系统进行程式设计时，测试工程师可透过提升的平行作业测试输出率，设计新的生产测试工具；如多处理核心的资料撷取、产生，与分析。于多核心处理器执行的LabVIEW 8.5，亦可分配量测I/O与档案I/O至不同的处理核心，以解决高速资料串流应用的问题，如通讯IC检验、高画质影像显示测试，与RF频谱监控等。若针对布署高可靠度的系统，LabVIEW 8.5可透过LabVIEW Real-Time的对称多重处理，以将多核心应用效能扩充至即时的嵌入式系统。

状态图模组（Statechart Module）通常用于设计状态机器，可设计即时与嵌入式系统的行为，叙述事件发生与响应；适于设计数位通讯协定、机器控制器，与错误处理应用。工程师可使用LabVIEW Statechart Module设计并建置如SPI或I2C的通讯协定，以原型快速制作新产品；或于测试程序期间沟通工作时在测单元（UUT）。

此外，NI也收购microLEX Systems A/S公司所有的股票。 microLEX Systems A/S主要提供虚拟仪控架构的视讯、声音与混合讯号测试解决方案。除了可一并提升NI的全球销售支援组织架构，并整合microLEX于视讯与声音测试的专业领域外，NI更预期此项收购案可扩展其专业与消费性视讯与声音测试市场的占有率。

结语

混合讯号的测试，充满了高度的复杂性，而藉由量测仪器厂商之巧手，让这样复杂的测试手续变得简化，并缩短更多时间。有了良好的混合讯号测试仪器作为辅助，工程师更可放心进行高难度的电路设计，这是相辅相成良性运作。而量测仪器厂商未来也将持续开发更为精进的混合讯号仪器，为工程师解决更多设计挑战。