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

按照信號處理方式的不同，示波器分為數(shù)字示波器和模擬示波器兩種。目前數(shù)字示波器在市場規(guī)模應(yīng)用范圍上均是主流。根據(jù)Imarc 預(yù)測，2021 年全球數(shù)字示波器市場規(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

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

在行業(yè)內(nèi)，數(shù)字示波器按照帶寬會將產(chǎn)品分為低端、中端和高端三種類別。根據(jù)國際標(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，在市場上的占比約為40%，主要用于對測試功能、測量精度等指標(biāo)要求不是很高的應(yīng)用場景，比如教育教學(xué)、研發(fā)、測量低頻電路、電子兼容性、電源和電網(wǎng)等場合。主要玩家有泰克、普源精電、鼎陽等廠商。

帶寬在1GHz~10GHz之間的產(chǎn)品稱為中端產(chǎn)品，此類產(chǎn)品主要用來查看信號完整性分析、眼圖和抖動分析、高速數(shù)據(jù)采集分析等，應(yīng)用場景包括高階教育教學(xué)、研發(fā)、部分生產(chǎn)測試比如MIPI、USB Type-C等中等速度數(shù)據(jù)總線分析。市場占比約為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)物理層測試、超寬帶信號分析、太赫茲系統(tǒng)、高端芯片研發(fā)測試等。市場占比約為20%。主要廠商有是德科技、泰克和力科等。





國內(nèi)數(shù)字示波器主要集中在中低端，壁壘有三個

從市場格局來看，海外廠商占了多數(shù)高端市場份額，國產(chǎn)廠商產(chǎn)品主要集中在低帶寬市場。比如是德科技、力科和泰克的示波器的最高采樣率分別達到110GHz、100GHz 和33GHz，而國內(nèi)廠商產(chǎn)品主要集中在4GHz 以下的低帶寬市場。目前，國內(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)來看，海外廠商仍然具有明顯優(yōu)勢。

與帶寬密切相關(guān)的其實是ADC芯片，它是負(fù)責(zé)前端的模擬量信號采樣，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，僅需數(shù)字中頻，然后進行分析。國產(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。一般來說電子測量儀器行業(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)鼎陽科技與普源精電的招股說明書披露，其原材料采購中，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，其性能將會影響整個示波器的可測量的頻帶范圍。目前國內(nèi)的ADC、DAC產(chǎn)品主要采購ADI、TI的產(chǎn)品。但其實，2 GHz帶寬以上的示波器產(chǎn)品的ADC，廠商很多都會自己做，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)字中頻的運算能力，就是算力，包括實時性。所謂實時性就是因為隨著采樣率越高，采樣的速度越大，所以單位時間內(nèi)獲得的數(shù)據(jù)量就越大。為了使示波器本身死區(qū)時間不至于過長，死區(qū)時間就相當(dāng)于采集一段然后進行分析的這段時間，儀表是不采集的，叫死區(qū)時間。時間越長就相當(dāng)于采集不到的數(shù)據(jù)越多。要想把采集時間做得越短越好，示波器的速度、中頻就會要求處理的算力比較高，所以這塊也是也是需要突破的點。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。因為 示波器像廣播，是要混頻某頻段來進行分析，對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。這塊國內(nèi)起步還是比較晚的。

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

目前國內(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。但是比起國外的廠商，軟件的覆蓋率相對來可能是比較低的，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，鼎陽和普源就10來種，還是差的比較多。做軟件的是根據(jù)市場需求來做的，所以如果一旦示波器應(yīng)用的范圍更廣，軟件的種類相對會更加豐富。

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，包括軟件的平臺來使用。

結(jié)語

其實，近年來國產(chǎn)示波器代表廠商普源精電和鼎陽科技在示波器領(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?，國產(chǎn)數(shù)字示波器的滲透率在快速提升。