光模块测试设备专家纪要

一、实时示波器与采样示波器的用途及工作原理

实时示波器为电子行业通用仪器，主要用于时域信号测试，包括瞬态波形、偶发波形及协议分析（如 PCIe 3.0、USB 3.0、DDR 一致性分析等），核心功能是定性观察波形变化趋势。其工作原理为：信号经探头、高速连接器进入设备后，依次通过高速衰减器（保护作用）、多级放大器，由 ADC（模数转换器）将模拟信号转为数字信号，经 FPGA 处理后传输至 x86/ARM 处理器，最终在显示屏呈现波形。

采样示波器主要用于测试周期性信号（如 PRBS7、PRBS31 等随机码信号），非周期性信号无法测试，核心应用于光通信行业。其工作原理需先通过高速光电转换模块将光信号转为电信号，经高频信号调理、可控增益放大器（整合衰减与放大功能）后进入信号采集模块（低速 ADC），再通过精密时延系统生成采样脉冲，与周期性信号卷积以等效提高采样率，后续经 FPGA、上位机处理输出波形。

二、光通信与电测信号周期性差异的原因

电测信号（实时示波器测试）可非周期性，因实时示波器采用高采样率 ADC（如 10G/20G/40G，甚至多颗拼接至上百 G），能直接采集非周期信号，无需依赖时延系统，仅需定时钟驱动 ADC 工作。

光通信信号（采样示波器测试）需周期性，核心原因为采样示波器采用低速 ADC（仅几百 K 至 2 兆级），无法直接采集超高速信号，需通过精密时延系统生成可调采样脉冲，与周期性信号卷积还原波形。若信号非周期，时延系统无法匹配重复动作，导致采样失真。此外，光通信采用周期性伪随机信号可有效验证信道性能，为技术折中的结果（实时示波器虽可测但带宽不足）。

三、实时与采样示波器的市场布局及技术难度比较

市场布局：实时示波器应用领域广泛（电子研发、消费电子等），市场规模大，国内厂商如普源、鼎阳、优利德深耕多年；采样示波器聚焦光通信行业，应用场景局限，头部厂商较少（如中电科 41 所、联讯等）。

技术难度：实时示波器技术难度更高，需突破高带宽 ADC、HBM 存储、自研磷化铟 / 锗硅放大器、采样保持器等卡脖子点；采样示波器核心在模拟前端（光电转换、精密时延、信号取样），硬件门槛相对较低，传统电测厂商转型难度较小（如普源已有预研基础）。

四、采样示波器的核心技术突破点

采样示波器核心技术聚焦模拟前端，包括：高速光电转换模块：需实现高带宽光 - 电信号转换，依赖光电二极管、高速开关等硬件，技术门槛高。精密时延系统：需产生飞秒级可调时延采样脉冲，通过与周期性信号卷积提高等效采样率，硬件实现难度大。信号取样单元：生成超快延采样脉冲，与精密时延系统协同工作，为采样核心环节。上述技术均为硬件导向，需自研超宽带芯片（如宽带放大器），软件算法影响较小（频响不平坦但仍可用）。

五、光电转换原理及与光模块收发器的区别

光电转换原理：通过光电二极管感光系统，光信号照射产生电流，对采样电容充电，电容电压幅度与光强对应，实现光 - 电转换，核心依赖高速开关控制采样频率与带宽。

与光模块收发器的区别：原理类似（均为光 - 电转换），但采样示波器的光电转换模块需更高带宽（如 65G 对应 1.6T 光模块），技术指标更严苛，而光模块收发器侧重信号传输功能。

六、采样与实时示波器带宽差异的原因

采样示波器带宽更高（如 65G 对应 1.6T 光模块），因：依赖等效采样技术，通过精密时延系统弥补低速 ADC 短板；核心模块（如光电转换）可外购（如中电科 41 所 65G 模块），卡脖子点少。

实时示波器带宽受限（国内厂商多停留在 10-20G），因需突破高采样率 ADC（自研或依赖少数供应商）、HBM 存储、磷化铟 / 锗硅放大器等技术壁垒，且 FPGA 缓存与处理带宽要求极高。

七、采样示波器的向下兼容及 3.2T 带宽预期

向下兼容：高带宽采样示波器可兼容测试低速率光模块，如 65G（1.6T）设备可测 800G/400G 模块，但 3.2T 模块需更高带宽设备（65G 无法满足）。

3.2T 带宽预期：目前 3.2T 采样示波器处于研发阶段，带宽预计较 1.6T（65G）提升 20-30G，2026 年尚未量产，技术难度接近实时示波器 80G 级别（万利眼水平）。

八、光与电测仪器的需求分布及技术限制

需求分布：光测仪器需求集中于高带宽领域，2025 年出货量最大的为 800G（第二梯队），1.6T（前沿技术）已小批量应用；电测仪器需求覆盖全带宽，但高端（如 33G+）受技术限制难以突破。

技术限制：光测依赖采样技术与外购模块，可满足主流需求；电测需自研 ADC、放大器等核心芯片，国内厂商（普源、鼎阳）仍处 16-20G 梯队，33G 预计 2026 年推出。

九、采样与实时示波器技术层级的等效对比

800G 采样示波器（对应带宽～40G）技术层级相当于 13G 实时示波器；1.6T 采样示波器（65G 带宽）相当于 33G 实时示波器（2026 年国内厂商目标梯队）；3.2T 采样示波器预计等效于 80G 实时示波器（万利眼当前水平）。

十、采样与实时示波器的关键供应链拆解

采样示波器：

• 光电转换模块：中电科 41 所；

• 放大器：TI、ADI；

• 精密时延系统：安森美（on semi）；

• ADC：ADI、TI；

• FPGA：赛灵思。

实时示波器：FPGA：赛灵思（高端垄断）；HBM 存储：美光、三星（长鑫尚未量产）；时钟系统：ADI；连接器：安费诺、罗森伯格（80G 级）；放大器：自研磷化铟（一级）、锗硅（二级）；采样保持器：仅是德、万利眼自研（普源有自研但带宽不足）；ADC：苏州讯芯、成都华微（国内主流）。

十一、实时与采样示波器的探头需求及原因

实时示波器：需探头，因输入阻抗 50 欧，与 PCB 走线匹配，若用射频线会导致波形失真（幅度精度下降），探头内置超高带宽磷化铟差分放大器。

采样示波器：无需探头，因光通信信号输出阻抗低，接入 50 欧示波器影响小，射频线可替代（仅看波形形状，幅度精度要求低）。

十二、传统电测厂家向采样示波器的转型进展

普源：2020 年预研 100G 光采样示波器原型机，未产品化；当前若推进产业化，预计 1 年可转产。鼎阳：尚未投入光通信相关业务。优利德：未明确提及进展，推测资源投入有限。

十三、光测相关仪器与电测仪器的类比及技术门槛

误码仪：类比电测协议分析仪（如 PCIe 协议分析仪），技术门槛低，可采用光模块 DSP 芯片实现，光模块厂商（如光迅）可自研。光谱仪：类比电测频谱仪，技术门槛高，国内仅普源、鼎阳、中电科 41 所涉足。矢量网络分析仪：类比光测 TDR（时域反射器），技术门槛高，属频率仪器，开发难度高于时域仪器。可调激光器：类比电测信号源，技术门槛中高，为光仪表核心设备。

十四、光测与电测仪器的对应及其他测试设备分类

光测 - 电测对应：可调激光器 - 信号源、TDR - 矢量网络分析仪、光谱仪 - 频谱仪。其他分类：老化测试设备属环境设备（非测量仪器），晶圆检测设备 ATE 测试设备（硅光良率筛选）。

十五、光测仪器仪表的技术难度排序

仪器（从高到低）：TDR 实时反射器 > 光采样示波器 > 光谱仪 > 误码仪 > 高精度电源。仪表（从高到低）：可调激光器 > 光衰减器 > 其他（如光功率计、光电开关）。

Q&A

Q1: 高速光电转换采样流程中，从信号采集模块开始的后续工作流是否基本等效于示波器的工作流？

A1: 可以认为从信号采集模块开始的后续工作流基本等效于示波器的工作流，但存在差异。信号采集模块本质上也是 ADC，只是叫法不同，其后续流程为 FPGA 单元，再到上位机、工控机等控制单元。不过，采样示波器的信号采集模块未经过实时示波器中的衰减器、放大器和 ADC 模数转换，而是通过可控增益放大器（VGA）整合了衰减和放大功能。

Q2: 按照实时示波器的工作流，信号采集模块之后是否应进入 ADC 模数转换环节？

A2: 信号采集模块本身就是 ADC，只是叫法不同，其下一步即为 FPGA 单元。

Q3: 为何光通信领域测试的信号多为周期性信号，而电测仪器测试的信号非周期性？其原理差异是什么？

A3: 实时示波器（电测仪器）具备高性能 ADC 系统，可实现高实时采样率（如 10G、20G、40G 甚至上百 G），无需精密时延系统即可采集非周期性信号；而采样示波器受限于低速 ADC（几百 K 至兆级），需通过精密时延系统调节采样脉冲，与周期性信号卷积以还原波形，故仅适用于周期性信号。

Q4: 电信号实时变化而非周期性，光信号为何多为周期性？其背后原因是什么？

A4: 光通信中采用周期性信号是技术折中的结果。当前实时示波器难以实现光通信所需的超高带宽，而周期性伪随机信号（如 PRBS7、PRBS31）可有效验证通信系统性能，虽实际通信中信号非周期性，但该模式能满足质量甄别需求。

Q5: 为何光通信采用采样示波器测试周期性信号，而电信号测试不用采样示波器？

A5: 电信号非周期性，需实时示波器的高采样率 ADC 直接采集；光通信因实时示波器带宽技术限制，采用采样示波器对周期性信号进行等效采样，通过精密时延系统实现高带宽测试，且周期性信号可有效验证信道性能。

Q6: 光通信测试采用采样示波器是否因技术限制，若使用高带宽实时示波器是否可行？

A6: 可以这样理解。实时示波器原理上可采集任何信号（包括光信号），但受限于当前技术难以实现光通信所需的超高带宽，故采样示波器是折中方案，通过周期性信号测试验证光模块或信道性能。

Q7: 普源、鼎阳、优利德等厂商为何聚焦实时示波器，采样示波器厂家较少？二者技术难度如何？

A7: 实时示波器应用领域广、市场规模大，传统电子行业普及度高；采样示波器应用局限于光通信领域，市场规模较小。此外，仪器仪表厂商研发人员规模有限（如鼎阳、普源约三四百人），转型光采样示波器需新增研发投入，而实时示波器已形成成熟产品线。技术难度方面，实时示波器更高，需突破高带宽 ADC、模拟前端芯片（如磷化铟放大器）、HBM 存储等多个硬科技点；采样示波器核心技术为高速光电转换、精密时延系统及信号取样单元，技术门槛相对较低，实时示波器厂商转型采样示波器难度不大。

Q8: 研发光采样示波器需突破哪些关键技术环节？

A8: 光采样示波器的核心技术环节包括：一是高速光电转换模块，需实现高带宽光 - 电信号转换；二是精密时延系统，需产生飞秒级可调时延的采样脉冲；三是信号取样单元，需产生超快延采样脉冲。这些环节主要聚焦于模拟前端，涉及高带宽芯片及精密硬件设计。

Q9: 从软硬件角度分析，光电转换、时延系统等关键技术环节中，哪些偏硬件 / 芯片，哪些偏算法 / 软件？

A9: 光采样示波器的关键技术环节以硬件为主，包括高速光电转换模块（光电二极管、感光系统等）、可控增益放大器、精密时延系统等，均需自研高工艺芯片（如超宽带放大器）；算法和软件相对次要，硬件性能不足将直接导致功能无法实现，而软件 / 算法缺陷仅可能影响频响平坦度等性能表现，但不影响基本功能。

Q10: 硬件环节存在哪些卡脖子问题？是否比软件环节更难突破？

A10: 硬件环节的卡脖子问题主要在于超宽带芯片及先进工艺，如高带宽放大器（实时示波器和采样示波器均需自研）、高速光电转换模块中的核心器件等。越往高速方向发展，核心芯片越难采购，需企业自研，因此硬件环节突破难度远高于软件环节，需长期技术积累和工艺突破。

Q11: 光电转换的原理是什么？与光模块收发器是否相同？

A11: 光电转换原理是通过光电二极管及感光系统将光信号转换为电信号：光照射感光系统产生电流，对采样电容充电，光强越大、充电时间越长，电容电压越高，从而实现光信号幅度与电信号的对应。其原理与光模块收发器大同小异，但具体实现为各公司核心技术。

Q12: 为何光采样示波器带宽可达 65GHz，而电测实时示波器多为 10-20GHz？是否意味着采样示波器带宽普遍更高？

A12: 光采样示波器带宽看似更高，实则因技术路径不同。采样示波器通过低速 ADC 配合精密时延系统实现等效高带宽，核心卡脖子点较少（如光电转换模块可采购中电科四十一所产品，ADC 仅需 500K-2M）；实时示波器需高实时采样率（如 80G），需突破高带宽 ADC、HBM 存储、模拟前端芯片（如磷化铟放大器）等多个卡脖子环节，技术难度更高，故当前国内厂商实时示波器带宽多为 10-20GHz，而光采样示波器因门槛较低已实现 65GHz 带宽。

Q13: 3.2T 采样示波器对应的带宽或频率是多少？

A13:3.2T 采样示波器对应的带宽并非简单翻倍，具体型号未明确，但预计比 1.6T（65GHz）高 20-30GHz。

Q14: 1.6T/65GHz 采样示波器是否可向下兼容测试 800G 或 400G 光模块？

A14: 可以向下兼容。铺设 1.6T 产线采购的 65GHz 示波器可用于测试 800G 或 400G 光模块，但无法满足 3.2T 光模块测试需求。

Q15: 从需求分布看，光通信与电测仪器的带宽需求是否存在差异？为何光通信带宽表观数据更高？

A15: 需求分布上，光通信领域带宽需求更偏高端，当前出货量最大的为第二梯队技术（如 2025 年 800G 光采样示波器），但前沿技术（如 1.6T）已进入小批量阶段；电测仪器需求覆盖全带宽，但受限于技术难度，国内厂商实时示波器带宽多为 10-20GHz，而光采样示波器因技术门槛较低，可满足更高带宽需求。

Q16: 65G 采样示波器的技术层级及供应链管理难度相当于多少带宽的实时示波器？

A16:65G 采样示波器的技术难度约相当于 33G 实时示波器。当前实时示波器中，万利眼可做到 80G，鼎阳 20G，普源 16G，而 33G 是下一代实时示波器的前沿指标；800G 采样示波器难度约相当于 13G 实时示波器。

Q17: 能做 3.2T 光模块的厂家技术水平是否相当于万利眼的 80G 实时示波器？

A17: 是的，3.2T 光模块的技术高度可达到万利眼 80G 实时示波器的水平。

Q18: 光采样示波器的关键零部件供应商有哪些？

A18: 光采样示波器的关键零部件供应商包括：光电转换模块以中电科四十一所为主；放大器以 TI、ADI 为主；精密时延系统如安森美（on semi）；采集模块以 ADI、TI 为主；FPGA 以赛灵思为主。

Q19: 实时示波器的关键零部件供应商有哪些？

A19: 实时示波器的关键零部件供应商包括：FPGA 以赛灵思为主；存储（HBM）以美光、三星为主；时钟系统以 ADI 为主；连接器（高端）如安费诺、罗森伯格；机械衰减器以仅是德、中电科四十一所为主；核心放大器（磷化铟、锗硅）需自研；采样保持器仅是德、万利眼有；ADC 以苏州讯芯、成都华微为主。

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