快速掌握时钟恢复电路原理
在抖动、眼图测试中，时钟恢复相关知识非常重要的时钟恢复相关知识。今天我们会给大家讲解时钟恢复的基础概念，时钟恢复电路原理以及测试中时钟恢复方式的选择。
"通过了解类型、原因、组件特性和测量优势，有效减少其影响抖动。"
从测试测量角度讲，为了让我们的结果有更好的工程意义和参考意义，在进行抖动/眼图模板测试、串行协议解码和串型数据码型触发等分析时，需要设定合适的时钟恢复。
什么是时钟恢复？
在数据上叠加时钟，需要将数据与时钟以某种方式融合。为了得到在发送端如何将数据与时钟融合的方法，我们首先要考虑在接收端如何将数据与时钟分离。从传送过来的信号中重新获得时钟分量的方法，称为时钟再生或时钟恢复。通过检测接收到的信号的相位，可以进行时钟恢复。
时钟恢复(Clock Data Recovery)中时钟是怎么恢复的？
对于高速的串行总线来说，一般情况下都是通过数据编码把时钟信息嵌入到传输的数据流里，然后在接收端通过时钟恢复把时钟信息提取出来，并用这个恢复出来的时钟对数据进行采样，因此时钟恢复电路对于高速串行信号的传输和接收至关重要。
时钟恢复电路原理
时钟恢复的目的是跟踪上发送端的时钟漂移和一部分抖动，以确保正确的数据采样。时钟恢复电路（CDR：Clock Data Recovery）一般都是通过PLL（Phase lock loop）的方式实现，如下图所示。输入的数字信号和PLL的VCO（Voltage-controlled oscillator，压控振荡器 ）进行鉴相比较，如果数据速率和VCO的输出频率间有频率差就会产生相位差的变化，鉴相器对这个相位误差进行比较并转换成相应的电压控制信号，电压控制信号经过滤波器滤波后产生对VCO的控制信号从而调整VCO的输出时钟频率。使用滤波器的目的是把快速的相位变化信息积分后转换成相对缓慢的电压变化以调整VCO的输出频率，这个滤波器有时又称为环路滤波器，通常是一个低通的滤波器。通过反复的鉴相和调整，最终VCO的输出信号频率和输入的数字信号的变化频率一致，这时PLL电路就进入锁定状态。
为什么要用时钟恢复呢？
以示波器為例，因为采样示波器除了被测信号之外，还需要一个和被测信号同源的时钟来做trigger，来获取眼图。时钟有可能通过我们的误码仪里面的分频时钟或者AWG输出一路时钟来做trigger。但有时候它是直接从板子里面出信号，这时候就需要CDR。
另外一种应用场景就是规范里面有要求，还有长距离传输的眼图测试，比如五公里十公里，他的误码仪时钟和光已经不同源了，有抖动和漂移的累积，即使可以触发眼图，看起来也是很糟糕的。
环路带宽对眼图、抖动测量的影响
值得注意的是，在真实的情况下，输入的数字信号并不是一个纯净的信号，而是包含了不同频率成分的抖动。对于低频的抖动来说，其造成的是数据速率的缓慢变化，如果这个缓慢变化的频率低于环路滤波器的带宽，输入信号抖动造成的相位变化信息就可以通过环路滤波器从而产生对VCO输出频率的调整，这时VCO的输出时钟中就会跟踪上输入信号的抖动。而如果输入信号中抖动的频率比较高，其造成的相位变化信号不能通过环路滤波器，则VCO输出的时钟中就不会有随输入信号一起变化的抖动成分,也就是说输入信号中的高频抖动成分被数字锁相环PLL(Phase lock loop)电路过滤掉了。
如下图所示，我们通常会用数字锁相环PLL电路的JTF（Jitter Transfer Function，抖动传递函数）曲线描述PLL电路对于不同频率抖动的传递能力。JTF曲线通常是个低通的特性，反映了PLL电路对于低频抖动能很好跟踪而对高频抖动跟踪能力有限的特性。
对于低频的抖动，PLL数字锁相环电路能够很好地跟踪，恢复出来的时钟和被测信号一起抖动。如果接收端的芯片用这个恢复时钟为基准对输入信号进行采样，由于此时时钟和被测信号一起抖动，所以这种低频的抖动不会被观察到，对于数据采样的建立保持时间也没有太大影响。
相反地，高频的抖动会被PLL电路过滤掉，因此输出的时钟里不包含这些高频的抖动成分。如果用这个时钟对数据信号进行采样，就会观察到输入信号里明显的抖动。接收端用恢复时钟进行采样时能够看到的抖动与抖动频率间的关系有时我们会用OJTF（Observed Jitter Transfer Function，观察到的抖动传递函数）曲线来描述，其随频率的变化曲线正好JTF曲线相反。
正因为时钟恢复电路对于低频抖动的跟踪特性，因此很多高速串行总线的接收芯片对于低频抖动的容忍能力会远远超过对高频抖动的容忍能力。下图是USB3.0总线对于接收端芯片对于不同频率抖动容忍能力的要求的一条曲线，可以看到其对低频的容忍能力非常大，甚至可以远超过1个UI（数据比特宽度）。
时钟恢复电路的数字锁相环PLL(Phase lock loop)的环路带宽设置不同，对于不同频率抖动跟踪能力也不一样。一般情况下，数字锁相环PLL的带宽设置越窄，恢复出来的时钟越纯净，但是对于抖动的跟踪能力越弱，用这个时钟为基准对数据做采样时看到的信号上的抖动会越多，看到的信号的眼图会越恶劣；相反，如果数字锁相环PLL的带宽设置越宽，对于抖动的跟踪能力越强，恢复出来的时钟和信号的抖动越接近，用这个时钟为基准对数据做采样时看到的信号上的抖动会越少，看到的信号的眼图会越好。
下图反映出的就是不同的数字锁相环PLL带宽设置对于恢复时钟抖动和以这个恢复时钟为基准对信号进行采样时看到的眼图的情况。
眼图与参考时钟
眼图的准确形成来源于参考时钟，对于很多并行总线，都有专门的时钟传输通道，会以时钟通道进行触发，对数据进行叠加对于串行总线，时钟信息嵌入到数据流中，需要测量设备具有时钟恢复功能，通过提取时钟在进行数据比特的叠加形成眼图。
什么是时钟恢复模块的PLL锁相环带宽？
时钟恢复模块的锁相环（PLL）带宽决定着输入数据中有多少抖动可以传输到恢复的时钟内。PLL带宽越宽传输到恢复时钟内的抖动就越多，从而会减少眼图中显示的抖动量。这是因为用以触发测量的时钟信号会跟踪数据信号中显示的抖动。较窄的PLL带宽会使时钟信号更加干净，产生的眼图也将更精确地显示出输入数据中真实的抖动情况。在测量眼图时，PLL带宽可以成为有效的高通滤波器。
在进行眼图测量时使用正确的PLL带宽非常重要。各种测量标准都规定了PLL需要的确切带宽。下表中简要列举了这些标准。
下图显示了PLL带宽对测量的眼图造成的影响。左侧的屏幕图像显示了较窄PLL带宽的眼图，产生的掩码冗余度为10%。而右侧的屏幕图像被要求使用了标准中指定的PLL带宽，从而产生17%的掩码冗余度。
测试中时钟恢复方式的选择
通过前面的介绍可以看到，眼图和抖动都是相对量，对于同一个信号，以什么时钟为基准看到的效果是不一样的。那么对于一个高速串行信号的眼图或者抖动测量来说，应该以什么样的时钟为基准呢？或者说应该把时钟恢复的环路带宽设置为多少呢？答案就是尽量参考接收端芯片的时钟恢复情况。
即使对于一个从发送器直接发送出来的信号的眼图和抖动的测量，我们关心的也是这个信号进入到接收芯片内部后接收芯片经时钟恢复后看到的眼图是什么样的，所以在进行发送端的信号质量测试时也会尽量模拟接收端的时钟恢复方式，否则测量到的结果可能是不真实的。不同的总线对于接收端时钟恢复的环路带宽甚至滤波器的形状都有要求，比如光通信中常数据速率的1/1667或者1/2500做为环路带宽，而PCI-E、USB3.0、SATA等总线都有自己定义的环路带宽要求。
为了方便针对不同总线进行测试，测试仪表不但需要有时钟恢复能力，还需要能够根据不同总线的要求设置合适的环路带宽。很多实时示波器会用软件的方法进行时钟恢复，环路带宽的设置相对灵活一些；而采样示波器或者误码仪会用到专门的硬件时钟恢复电路，这时就需要时钟恢复电路最好能有环路带宽的调整能力以适应不同的测试标准。
电和光时钟恢复解决方案
是德科技的时钟恢复解决方案提供了从 50 MBaud 至 32 GBaud 的广泛数据速率范围，非常适合用于计算机、数据通信和通信标准的多种发射机和接收机测试设置。
KEYSIGHT N1076B 电时钟恢复仪器为电非归零（NRZ）和脉冲幅度调制 4 电平（PAM4）信号提供了时钟恢复功能。
Keysight的N1077A可完成50M – 32Gb/s的光&电信号时钟恢复！Keysight N1077A 光/电时钟恢复集成了电时钟恢复仪器和放大的光电（O/E）转换器，使其能够同时适用于光和电应用。N1077A 可根据需要提供内部单模（SM）和多模（MM）分路器，这样可简化设置并提高易用性。
Keysight N1076B 电时钟恢复仪器 和 N1077A 型号包括可调环路带宽和可选峰值，并提供高灵敏度和低固有抖动性能，确保出色的测量精度。可选的抖动频谱分析（JSA）功能可以深入观察低频抖动的幅度和分布情况，有助于诊断过多抖动的根本原因。
PLL 和抖动频谱分析
使用 Keysight 86100DU-400 PLL 分析软件支持快速、精 且可重复的锁相环（PLL）带宽/抖动传输测量。 N1076A/77A 可配置为抖动接收机，与精密抖动源相结合，例如 Keysight M8000 系列 BER 测试解决方案，共同创建一个 PLL 激励响应测试系统。PCI Express-认可的 PLL 带宽一致性测试采用预配置，具有自动报告生成功能。
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产品型号
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品类
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描述
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宽带（MHz、GHz、GBd）
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最大存储器深度（kpts、Mpts、Gpts）
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最大采样率（GSa/s、KHz）
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操作系统
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类型
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DSAZ504A
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示波器
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Infiniium 示波器：50 GHz
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50 GHz
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2 Gpts
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160 GSa/s
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Windows 10
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Real-Time
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Keysight（是德科技）光波产品（测试与测量网络和数据中心）选型指南（英文）
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KEYSIGHT - 偏振和PER分析仪,CONNECTORS,OPTICAL POWER SENSORS,FAST OPTICAL-TO-ELECTRICAL CONVERTER,光调制分析仪,多波长测量仪,SWITCHES,RETURN LOSS MODULES,DIGITAL COMMUNICATION ANALYZER,ANALYZER,OPTICAL SWITCH,ARBITRARY WAVEFORM GENERATOR,CONNECTOR ADAPTER,DC AMPLIFIER,PHOTODIODE DETECTORS,SOURCE UNITS,SYNCHRONOUS SCRAMBLER,AC AMPLIFIER,TRANSMITTER,UNIVERSAL FEEDTHROUGH ADAPTER,POLARIZATION AND PER ANALYZER,OMA,THERMAL CYCLING UNIT,MULTI-CHANNEL OPTICAL ATTENUATORS,OPTICAL MODULATION ANALYZER,PORTABLE OPTICAL MODULATION ANALYZER,偏振分析仪,OPTICAL COMPONENT ANALYZER,OPTICAL POWER METER,TUNABLE LASER MODULE,ZEROING ADAPTER,TUNABLE LASER SOURCES,WAVELENGTH METER,OPTICAL SWITCH,PRECISION WAVEFORM ANALYZER,数字通信分析仪,POLARIZATION MAINTAINING FIBER,OSCILLOSCOPE,光开关,DEMODULATOR,PER ANALYZER,POWER MODULES,OSCILLOSCOPES,QUAD-ADAPTER,OPTICAL ATTENUATORS,偏振控制器,BARE FIBER ADAPTERS,ISOLATORS,示波器,THREADED HEAD ADAPTER,POWER MEASUREMENT INSTRUMENT,POLARIZATION ANALYZER,OPTICAL-TO-ELECTRICAL CONVERTER,HIGH SENSITIVITY OPTICAL POWER METER,POLARIZATION SENSITIVE DEVICES,可调谐激光源,多通道光衰减器,光学元件分析仪,任意波形发生器,PORTABLE OPTICAL MODULATION ANALYZER,REFLECTOR,BLANK ADAPTER,OPTICAL MODULATION TRANSMITTER,POLARIZERS,ATTENUATOR,BIT ERROR RATIO TESTER,VARIABLE OPTICAL ATTENUATORS,SINGLE-MODE FIBER,PRECISION SOURCE UNIT,E/O CONVERTER,MULTIPLEXER,PRECISION MEASURE UNIT,INTERFEROMETERS,HIGH-SPEED POLARIZATION ANALYZER,MODULATORS,OPTICAL RECEIVER,POWER SUPPLY,D-SHAPE ADAPTER,ORST,OPTICAL ATTENUATOR AND SWITCH,OPTICAL SWITCHES,DCA,WIDE-BANDWIDTH OSCILLOSCOPE,POLARIZATION CONTROLLER,RECEIVER,DECODER,SENSOR MODULE,LCA,MULTIPORT OPTICAL POWER METER,LIGHTWAVE COMPONENT ANALYZER,POLARIZATION SYNTHESIZER,POLARIZATION CONTROLLERS,OPTICAL SENSOR,AMPLIFIERS,O/E CONVERSION DEVICES,MULTI-WAVELENGTH METER,FIXED SOURCES,AMPLIFIER,TUNABLE LASER SOURCE,POWER SENSORS,SMUS,HIGH-POWER OPTICAL ATTENUATORS,MEMORY,FIBER,光功率计,HIGH-PERFORMANCE BERT,光波成分分析仪,可调谐激光光源,便携式光调制分析仪,波长计,LASERS,AWG,OPTICAL ATTENUATOR,TLS,BERT,光衰减器和光开关,FABRY PEROT LASER MODULES,固定源,LASER DIODE,DFB LASER MODULES,COUPLERS,FILTERS,MEASURE UNITS,OPTICAL AND ELECTRICAL SAMPLING OSCILLOSCOPES,EDFAS,误码率测试仪,光衰减器,N7783B,B2911A,B2900 SERIES,N4980A,81600B-140,N1046A,81600B-142,81656A,8165XA,N771XA-340,81620B,N1090A,N7782B,N1076B/78A,81000NI,N7714A,N1045A,M8290A,81578A-062,N4917BSCA,81657A,81960A,81001PA,81003TD,N7761A,81950A-301,B2900A SERIES,N7785B,M8195A,86115D,81630B,81009BH,81578A-050,N7784B,81950A-310,Z-SERIES,81000PI,V-SERIES,54754A,M8196A,M8062A,M8292A,B2900,N4373E,86116C,N1055A,N7740ZI,81000PA,N4952A-E17,81655A,81000KI,N771XA-304,N4960A,8164B,N7740LI,8163XA/B,N7751A,N109X,81595B,N1078A,81004BH,N4374B,81624B,81000KA,81636B,81001MA,81004BM / 9BM,81626B C01,81600B,8163B,8162XB,N4951B-H32,N1092,N1090,N7740KI,81624B C01,81606A-216,N7786B,N7762A,B2902A,86122C,N4375D,N1077A,N4952A-E32,81001LA,81613A,81606A/7A/8A -116,N4392A-310,N5291A,81000MI,B2901A,8152X,M8190A,N1076B,N4376D,81610A,81634B,81000LI,N4951B,B2900A,81623B C01/C85,N7740MI,81606A-113,B2900A-SERIES,N7752A,B2912A,N7788B,86100D,N7764A,86100C,86100B,86100A,86112A,81635A,81950A,N4951B-H17,81623B,N4952A,81001ZA,M8020A,N7731A,N4951A-P32,81624DD,81000XI,81606A,B2962A,81000FA,N7766A,M8057A,N776XA,81000FI,M9537A,81000VA,81003LA,N4391A (Z33 | Z64),8157XA,81000VI,N4951A-P17,81002MI,B2961A,N7745A,M8046A,81608A-216,N5227B,N7740BI,81602A,81626B,81001KA,81002LI,81628B,N7744A,8169A,N775XA,81600B SERIES,N7768A,86120D,B2901A/02A/11A/12A,86120C,N4392A-300/320,81000HI,81000XI-SERIES,86120B,81609A,N7004A,N7711A,N7747A,81608A-113,81000BR,86105D,86105C,81490A,81000SI,N1094B,N1094A,81000BT,N4951B-D32,816X,N7734A,81000BI,81000BC,N77,M8040A,N4391A,86118A,N7781B,N77-SERIES,86100A/B/C,81607A,N7700A-100,N7700A-102,N7700A-101,N1092A/B/C/D/E,M8296A,N7740FI,INFINIIUM Z SERIES,N4392A,8162*B,86100D-200,81602A-013,N1092A,81000UM,N1092E,N1092D,N1092C,N1092B,N1294A-031,81001FA,81608A,8160XX,N7700A,N7748A,86108B,N4951B-D17,86108A,81663A,N1094A/B,EDUCATION USES,OPTICAL TRANSMITTER,COMMUNICATION APPLICATIONS,ANALYZE MEASUREMENT,OPTICAL TRANSCEIVERS,SATCOM,MEMORY BUSES,SILICON PHOTONICS APPLICATIONS,DEFENSE,TRANSCEIVERS,FIBER CHANNEL,MANUFACTURING,OPTICAL COMMUNICATION,REPEATERS,COMMUNICATIONS INDUSTRIES,PON COMPONENT,CHIP-TO-CHIP INTERFACES,TEST,USB,BACKPLANES,INDUSTRIAL DEVELOPMENT,DIGITAL APPLICATIONS,PROCESS DATA,ACTIVE OPTICAL CABLES,WIDEBAND RADAR,R&D,DATA CENTER,PDL TEST,ELECTRICAL COMMUNICATION,SERIAL DATA RECEIVER,ETHERNET,AEROSPACE,CONTROL INSTRUMENTS,INDUSTRY STANDARD OPTICAL MEASUREMENTS,OPTICAL
是德科技数字通信分析仪（DCA）解决方案
是德科技数字通信分析仪（DCA）解决方案提供高性能测量工具，用于测试高速数字通信基础设施。该解决方案包括采样示波器、模块、附件和软件，支持从I/O半导体到现代数据中心的光收发信机。DCA具备超过100 GHz的带宽、低噪声和低抖动，适用于400G以太网和64G光纤通道等高速数字设计。此外，DCA提供多种配置和性能选项，包括远程探头前端模块和精密时基模块，以满足不同测试需求。
KEYSIGHT - FLEXDCA 软件,DCA,光发射机,采样示波器,光/电模块,TDR/TDT 模块,时钟恢复模块,远程探头前端模块,DCA 模块,精密波形分析仪,示波器,数字通信分析仪,DCA 主机,远程探头前端,独立微型 DCA,电发射机,N1091BSCA,N1010300A,N104XX,N107XX,N1010100A,N109XX,N10XXX,N1078A,N1012A,N1046A,N1014A,DCA-M 系列,86105D,86105C,N10XXX 系列,N1076B,N1010A,N1000A,N108XA,N1092A,N1060A,N1094B,N1094A,N1092E,N1092D,N1090A,N1092C,N1092B,N1094,N1010200A,54754A,86100D,DCA-X,N1045A,86116C,N1085A,N1045B,N1055A,N1077A,N109256CA,DCA-M
Keysight N4917BSCA 光接收机极限测试解决方案， 400 Gb/s 以太网 — IEEE 802.3bs 技术资料
KEYSIGHT - 光接收机极限测试软件,81609A,11636B,M8045A-801,8164B,M8197A,N7751A,M8195A-820,M8040A-BU2,81608A-113,M8070A-0TP,N7764A-022,M8000,86105D,10833A,81490A,N4917B-804,N1010A,86100D-300,M8070A-1NP,N4917B-800,N1094B,N4917B-803,N1094A,81600D,M8046A-801,83059A,N1090A,82357B,M8045A-0P3,81606A,86100D-ETR,81000NI,N4917BSCA-1TP,M8057A,M8045A,81490A-E09,N7762A,81000FI,N77,M8040A,81490A-E05,N1077A-JSA,N1077A-232,N4917BSCA,M8046A-A32,N1077A,85138A,N7762A-022,81576A,8157XA,N7751A-022,11901D,M8195A-002,N7761A,86115D-282,M8046A,N9398F,M8195A,M8045A-0G4,M8045A-0G3,86115D,M8070A-1TP,86115D-IRC,86100D-200,81602A-013,N7761A-022,N1092A,M8070A-0NP,M8196A-002,81602A,N1092E,N1092D,N1092C,81577A,N1092B,81609A-113,11900A,N7752A-022,86100D-PTB,86105D-281,86100D-9FP,81606A-113,81608A,8160XX,N7752A,N1077A-SMS,86100D,N4917BSCA-1NP,M8196A,N7764A,M8195A-810,86105D-IRC,M8045A-G32,N4917BSCA-800,M8070A,M8046A-0P3
Keysight（是德科技） M8040A 64 GBaud 高性能比特误码率测试仪
KEYSIGHT - 64 GBAUD 高性能比特误码率测试仪,M8045A-801,8490G-006,M8057A,M8046A,N9398F,Y1226A,M8045A,M8045A-802,M8040A,M8061A-803,M8000,M8070A,M8051A-801,M8046A-801,M8040AU,N4910A,用于许多流行互连标准的接收机（输入）测试,通信行业,数据中心
M8040A高性能BERT 64 Gbaud产品介绍
KEYSIGHT - HIGHLY INTEGRATED BERT,伯特,分析仪,模式发生器模块,REMOTE HEAD,许可软件包,RECEIVER,高度集成的伯特,接收机,MODULES,远程头,分析仪模块,ANALYZER,BERT,模块,PATTERN GENERATOR MODULE,ANALYZER MODULE,LICENSED SOFTWARE PACKAGE,DCA-X 86100D,M8045A-801,N5991U40A,M8045A-UR4,M8046A-0A4,M8040A-BU1,M8045A-803,M8045A-802,N5991U32A,M8040A-BU3,M8040A-BU2,N1078A,M8000,M9506A,N5991C25A,M8045A-G64,M8046A-0A3,M8046A-801,83059A,M8046A-802,R-55B-001-5,M8046A-0S1,R-55B-001-3,8490G-006,R-55B-001-2,M8000 SERIES,M8046A-0S4,M8045A-0P3,R1380-M8000,M8046A-0S2,M8049A,M8057A,Y1226A,M8045A,M8057B,PS-S20,M8040A,DCA-X,N1045A,M8061A-803,R1280,M8070ADVB,M9505A,M9537A,N1077A,M8046A-A32,R1282,M8046A-0N1,M8046A-0N2,M8091CKCA,R-55B-001-1,N5991SA4A,M8040AU,M8070EDAB,N5991ST3A,M8070ISIB,R-55A-001-2,PS-S10,N5461A,11921F,N5384A,11921G,N8827A,M8046A,N9398F,M8054A,M8195A,M8045A-0G4,M8194A,M8051A-801,N1076B,N1076A,M8046A-0S6,DASZ634A,R-55A-001-3,R-55A-001-5,N4900 SERIES,R-50C-011-3,11900B,M8049A-003,M8049A-002,M8047A,M8047B,11904C,R-50C-011-5,11904D,86100D,M8196A,N4900,N1027A-2P8,M8045A-G32,M8070A,M8070B,N1027A-2P1,N1027A-2P2,UXR0334A
现货市场
服务
使用FloTHERM和Smart CFD软件，提供前期热仿真模拟、结构设计调整建议、中期样品测试和后期生产供应的一站式服务，热仿真技术团队专业指导。
实验室地址： 深圳 提交需求>
提供稳态、瞬态、热传导、对流散热、热辐射、热接触、和液冷等热仿真分析，通过FloTHERM软件帮助工程师在产品设计初期创建虚拟模型，对多种系统设计方案进行评估，识别潜在散热风险。
实验室地址： 深圳 提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
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