電子產品的多元化及多樣化發展，擴展了混合訊號IC發展的更多可能性。而更先進的製程除了增加了混合訊號IC的電路設計複雜度之外，同時也加深了設計上的因難。為了因應這些挑戰，不僅設計流程需要進行調整及最佳化，針對設計完成後的量測工作也更增添難度。例如在量產測試方面，整合數位及類比技術的測試方法相對提高了許多儀器發展進步的空間。儘管越來越多電子產品由於應用走向設計更為複雜的高頻混合訊號IC，但只要能清楚了解各種現象，並擁有足夠的量測技術作為搭配，設計上的問題都可以找到最佳解決方法。

混合訊號IC

混合訊號IC（Mixed-Signal IC）是整合了類比電路與數位電路的IC晶片。一般來說，這種混合訊號晶片可以執行所有功能或部份子功能，常見的混合訊號晶片像是手機的射頻子系統，或是DVD播放機中用於讀取數據路徑和雷射讀取頭懸臂控制的邏輯晶片，這樣的晶片通常都是一個SoC系統單晶片。混合訊號IC通常都整合了數位電路跟類比電路，並設計於特定用途。不僅設計過程需要非常高度專業並細心使用電子電路CAD工具，在晶片完成之後的測試也非常具有挑戰性。

特別是隨著通訊裝置、消費性電子產品及電腦應用的多元化，混合訊號IC的應用及設計趨勢也隨之變得複雜。除了要考慮過去在電路技術層面的問題之外，由於先進製程的演進，使得設計流程所要解決的問題及困難度也都隨之增加了許多。

高頻產品發展趨勢

科技的進步是為了帶來更為便利的生活方式，因此許多通訊、娛樂及資訊裝置都有了更為先進的功能。更為先進的通訊及網路功能提供使用者便捷的行動多媒體分享應用，這些資訊應用需求使得資訊的取得與分享轉而無線化及寬頻化，而使用者對於多媒體資訊的高解析品質需求也使得產品朝向高速傳輸與高容量發展。因應高速無線傳輸的應用需求，IEEE制定了許多不同的無線通訊規格，例如從低傳輸速率到高傳輸速率都有不同的規範，且不同傳輸距離的系統需求也不同。

這樣的應用，使得混合訊號IC的技術需求也隨之改變。除了無線射頻技術與高速類比/數位、數位/類比轉換器技術之外，諸如高品質音效處理IC（Audio Codec）、高速傳輸介面（USB2.0、STAT、PCI express）等，甚至電源管理IC及顯示器驅動IC（LCD driver）等技術，都必須進一步整合在晶片之中。

製程的進步使許多IC能以更低的價格及成本進入市場，然而複雜的先進製程卻增加了電路設計上的困難。閘極氧化層厚度在0.13微米的製程己接近2奈米，崩潰電壓的降低也導致類比電路操作區域受到限制。製程的複雜除了增加設計困難度之外，隨著電晶體的通道長度縮短，電晶體的閃爍雜訊也隨之增加，許多類比電路為了要降低雜訊，只好增加電晶體通道長度，換句話說，為了達到相同頻?，設計者必須增加功耗成了代價。此外，為了降低數位電路的功耗並增加積集度，閘極氧化層厚度愈來愈小，類比電路的操作區域相對受到限制，設計人員為了提高操作區間而將電壓超限使用，導致電路可靠度出現問題。

混合訊號IC的操作頻率隨著產品應用需求不斷提高，電晶體的高頻模型不再只是射頻IC的專利，許多的高速串聯界面（如SATA、Serdes、PCIe等）也需要使用高頻模型以反應電路真實的操作狀態。目前許多高頻模型甚至需要重現50GHz以上頻率的行為。混合訊號IC中除了主動元件之外，還有許多重要的高頻被動元件，例如電阻、電容、電感、變容器、變壓器等，都需要精準的高頻模型，這都使得高頻元件模型的需求變得重要。

高頻電路的特性與其佈線方式有關，為了降低與元件模型間的誤差並提高設計效率，半導體廠商大多提供PDK（personal design key）或FDK（foundry design key）解決相關問題，這些解決方法可提供更有效率的設計流程。PDK與FDK也可以為高頻矽智權提供再利用的平台。因此，隨著製程的複雜化及混合電路的高頻化，PDK與FDK所扮演的角色將愈來愈重要。

半導體廠商為了確認製程的良率，期望客戶的資料能經過特定設計規格檢驗（Design Rule Check；DRC）。隨著製程複雜性的提高，所需要檢驗的項目也愈多。特別是在0.18微米製程之後，由於化學拋光（CMP）使用更為廣泛，對於後段製程的金屬層特別要求其密度必須平均，但是某些高頻與射頻電路由於使用許多被動元件如電感，因此金屬層密度很難達到半導體廠商的要求。此外，電路模擬也是電路設計流程中的重要環節，混合訊號IC包含數位及類比積體電路，各自模擬的時候可以依據數位或類比電路分別進行，但是在混合訊號IC中，工程師則需要依據電路的複雜度及時間的多寡決定模擬的方式。一般而言愈接近電晶體電路層的模擬愈準確，但是所花費的時間也愈長。

太克科技

今日的嵌入式設計工程師面臨了系統複雜度不斷增加的挑戰。典型的嵌入式設計可能結合了多種類比訊號、高速和低速串列數位通訊，以及微處理器匯流排，這還只是其中一小部分。如I2C和SPI等串列通訊協定，經常用於晶片與晶片間的通訊，但是卻無法在所有的應用程式中取代並列匯流排。

微處理器、FPGA、ADC和DAC都是嵌入式設計中代表IC特殊量測挑戰的例子。工程師可能必須在同一塊系統主機板上，解碼兩個IC之間的SPI匯流排，並且同時觀察ADC的輸入和輸出。許多擁有示波器並希望藉此節省時間的工程師，可能會選擇使用3、4台示波器同時量測多種訊號，邏輯分析儀雖然可提供量測許多數位訊號的能力，但是複雜的除錯工作可能不值得使用邏輯分析儀需要的設定及學習曲線。擁有16通道邏輯分析儀的基本功能，以及4通道的混合訊號示波器，將協助工程師面臨這項挑戰。

在嵌入式系統的混合訊號環境中，設計工程師往往必須使用一台示波器來檢測類比訊號，再用另一台邏輯分析儀檢測數位訊號。然而，兩種儀器設備並用所擷取到的訊號之間往往缺乏時間關聯性。此外，購置多部設備的成本也相對較高。

太克科技（Tektronix）的MSO4000系列混合訊號示波器正是針對嵌入式應用普及，以及工程師對於單一混合訊號測試設備的需求而設計的儀器產品。就混合示波器市場而言，十年來並無太大的創新與變化，所採用的技術與功能十年來都一樣，僅在平台上作更新。因此，Tektronix在開發MSO儀器時便瞄準了簡化操作、提高性能與降低除錯時間三大目標，以期將示波器帶入新一代的技術層次。

MSO4000系列包括MSO4032（350MHz）、MSO4034（350MHz）、MSO4054（500MHz）與MSO4104（1GHz）等四種不同的型號，結合了DPO4000數位示波器的性能優勢和基本邏輯分析儀的功能於單一可攜式設備上，有助於工程師進行4通道（類比）＋16通道（數位）訊號的檢測，不但實現時間關聯性，並大幅降低成本，為嵌入式設計與除錯帶來操作簡便、低成本而高性能的新選擇。

安捷倫科技（Agilent）

混合訊號示波器可同時觀看類比訊號與數位訊號，而安捷倫正是最早開發出混合訊號（MSO）示波器的廠商，這是安捷倫領導業界的一款重要產品。安捷倫的混合訊號示波器將四個示波器的類比訊號頻道，與16個邏輯分析儀的數位訊號頻道整合於同一擷取系統中，最多可提供20個波形檢視與觸發頻道，非常適合嵌入式設計應用。

過去微處理器或嵌入式系統等中低階產品在設計或除錯階段，廠商必須分別購買邏輯分析儀與示波器來同時讀取類比訊號與數位訊號，這將增加設計之成本。邏輯分析儀本身適用於多頻道，例如需要讀取超過32個頻道以上的訊號時，便需要用到邏輯分析儀。但一般的微處理器或SDRAM記憶體之控制訊號不會超過16個，因此安捷倫將16個頻道整合到示波器中，非常符合經濟效益，同一部機器便具備示波器與邏輯分析儀之功能，很適合通道數少的微處理器與嵌入式系統設計時使用。

儘管同一儀器具備兩種功能，但價格卻和單一示波器相差不遠，這是因為安捷倫在硬體上以及螢幕顯示器等方面做了大幅的改善，因此混合訊號儀器整體價格並未大幅增加。

安捷倫的混合信號示波器可觸發並檢視20個時間關聯的頻道。由於每個頻道的成本不高，16個數位頻道可與所有Agilent 6000系列或Agilent 8000系列示波器進行整合。這些數位頻道可應用於複雜的混合類比數位設計，這是傳統2通道和4通道示波器所欠缺的。安捷倫MSO儀器並具備專利的MegaZoom顯示和記憶體技術，以提供類比式的效能。

安捷倫的混合訊號示波器分為Infiniium 8000與6000兩系列，6000系列是針對一般性簡單用途之小體積示波器，只能觀看波形；8000系列則是針對較為特殊之應用所設計，體積較大，內含更多應用所需之軟體，可觀看眼圖並進行一致性測試，例如量測高速通訊傳輸或者SDRAM DDR400的控制訊號等，其適用領域為微處理器系統、消費性電子廠商之中高階應用。

美商國家儀器（National Instruments）

NI所發表的LabVIEW 8.5圖形化系統設計平台，是針對進階無線技術、數位與混合訊號測試系統而設計，適用於測試、控制，與嵌入式系統的開發應用。

在投入多執行緒技術將近10年之後，LabVIEW 8.5透過直覺性的平行資料流語言，簡化多核心與FPGA架構的高效能測試應用開發。當製造商轉移至多核心處理器以提高效能時，LabVIEW 8.5已可於這些新處理器中執行，並提供更高的測試輸出率與更強大的系統。新版LabVIEW可根據處理核心數量自動調整執行緒，以提高效能，並針對高效能測試應用，改善執行緒安全（thread-safe）的驅動程式與即時多執行緒，如無線的高速數位與混合訊號測試應用。

在使用LabVIEW 8.5對多核心系統進行程式設計時，測試工程師可透過提升的平行作業測試輸出率，設計新的生產測試工具；如多處理核心的資料擷取、產生，與分析。於多核心處理器執行的LabVIEW 8.5，亦可分配量測I/O與檔案I/O至不同的處理核心，以解決高速資料串流應用的問題，如通訊IC檢驗、高畫質影像顯示測試，與RF頻譜監控等。若針對佈署高可靠度的系統，LabVIEW 8.5可透過LabVIEW Real-Time的對稱多重處理，以將多核心應用效能擴充至即時的嵌入式系統。

狀態圖模組（Statechart Module）通常用於設計狀態機器，可設計即時與嵌入式系統的行為，敘述事件發生與響應；適於設計數位通訊協定、機器控制器，與錯誤處理應用。工程師可使用LabVIEW Statechart Module設計並建置如SPI或I2C的通訊協定，以原型快速製作新產品；或於測試程序期間溝通工作時在測單元（UUT）。

此外，NI也收購microLEX Systems A/S公司所有的股票。microLEX Systems A/S主要提供虛擬儀控架構的視訊、聲音與混合訊號測試解決方案。除了可一併提升NI的全球銷售支援組織架構，並整合microLEX於視訊與聲音測試的專業領域外，NI更預期此項收購案可擴展其專業與消費性視訊與聲音測試市場的佔有率。

結語

混合訊號的測試，充滿了高度的複雜性，而藉由量測儀器廠商之巧手，讓這樣複雜的測試手續變得簡化，並縮短更多時間。有了良好的混合訊號測試儀器作為輔助，工程師更可放心進行高難度的電路設計，這是相輔相成良性運作。而量測儀器廠商未來也將持續開發更為精進的混合訊號儀器，為工程師解決更多設計挑戰。