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常用信號完整性的測試手段和在設(shè)計的應用

關(guān)鍵詞:    邏輯分析儀, 虛擬邏輯分析儀,自制邏輯分析儀,USB邏輯分析儀,PC邏輯分析儀

      信號完整性設(shè) 計在產(chǎn)品開發(fā)中越來越受到重視,，而信號完整性的測試手段種類繁多,，有頻域，也有時域的，還有一些綜合性的手段,，比如誤碼測試,。這些手段并非任何情況下都適 合使用,，都存在這樣那樣的局限性,，合適選用，可以做到事半功倍,，避免走彎路,。本文對各種測試手段進行介紹，并結(jié)合實際硬件開發(fā)活動說明如何選用,，最后給出 了一個測試實例,。

        信號完整性的測試手段很多，涉及的儀器也很多,，因此熟悉各種測試手段的特點,，以及根據(jù)測試對象的特性和要求，選用適當?shù)臏y試手段,，對于選擇方案、驗證效果,、解決問題等硬件開發(fā)活動,，都能夠大大提高效率，起到事半功倍的作用。

信號完整性的測試手段

        信號完整性的測試手段主要可以分為三大類,，如表1所示。表中列出了大部分信號完整性測試手段,，這些手段既有優(yōu)點,，但是也存在局限性，實際上不可能全部都使用,，下面對這些手段進行一些說明,。

1. 波形測試

        波 形測試是信號完整性測試中最常用的手段，一般是使用示波器進行,，主要測試波形幅度,、邊沿和毛刺等，通過測試波形的參數(shù),，可以看出幅度,、邊沿時間等是否滿足 器件接口電平的要求，有沒有存在信號毛刺等,。由于示波器是極為通用的儀器,，幾乎所有的硬件工程師都會使用，但并不表示大家都使用得好,。波形測試也要遵循一 些要求,，才能夠得到準確的信號。

        首先是要求主機和探頭一起組成的帶寬要足夠,?；旧蠝y試系統(tǒng)的帶寬是測試信號帶寬的3倍以上就可以了。實際使用中,，有一些工程師隨便找一些探頭就去測試,，甚至是A公司的探頭插到B公司的示波器去，這種測試很難得到準確的結(jié)果,。

        其次要注重細節(jié),。比如測試點通常選擇放在接收器件的管腳，如果條件限制放不到上面去的,，比如BGA封裝的器件,，可以放到最靠近管腳的PCB走線上或者過孔上面。距離接收器件管腳過遠,，因為信號反射,，可能會導致測試結(jié)果和實際信號差異比較大；探頭的地線盡量選擇短地線等,。

        最后，需要注意一下匹配。這個主要是針對使用同軸電纜去測試的情況,，同軸直接接到示波器上去,，負載通常是50歐姆，并且是直流耦合,，而對于某些電路,，需要直流偏置，直接將測試系統(tǒng)接入時會影響電路工作狀態(tài),，從而測試不到正常的波形,。

2. 眼圖測試

        眼 圖測試是常用的測試手段，特別是對于有規(guī)范要求的接口,，比如E1/T1,、USB、10/100BASE-T,，還有光接口等,。這些標準接口信號的眼圖測試， 主要是用帶MASK(模板)的示波器,，包括通用示波器,，采樣示波器或者信號分析儀，這些示波器內(nèi)置的時鐘提取功能,，可以顯示眼圖,，對于沒有MASK的示波 器，可以使用外接時鐘進行觸發(fā),。使用眼圖測試功能,，需要注意測試波形的數(shù)量，特別是對于判斷接口眼圖是否符合規(guī)范時,，數(shù)量過少,，波形的抖動比較小，也許有一下違規(guī)的情況,，比如波形進入MASK的某部部分,，就可能采集不到，出現(xiàn)誤判為通過,，數(shù)量太多,，會導致整個測試時間過長，效率不高,，通常情況下,，測試波形數(shù)量不少于2000，在3000左右為適宜,。

        目 前有一些儀器,，利用分析軟件,，可以對眼圖中的違規(guī)詳細情況進行查看，比如在MASK中落入了一些采樣點,，在以前是不知道哪些情況下落入的，因為所有的采樣 點是累加進去的,，總的效果看起來就象是長余暉顯示,。而新的儀器，利用了其長存儲的優(yōu)勢,，將波形采集進來后進行處理顯示,，因此波形的每一個細節(jié)都可以保留， 因此它可以查看波形的違規(guī)情況,，比如波形是000010還是101010,，這個功能可以幫助硬件工程師查找問題的根源所在。

3. 抖動測試

        抖 動測試現(xiàn)在越來越受到重視,，因為專用的抖動測試儀器,，比如TIA(時間間隔分析儀)、SIA3000,，價格非常昂貴,，使用得比較少。使用得最多是示波器加 上軟件處理,，如TEK的TDSJIT3軟件,。通過軟件處理，分離出各個分量,，比如RJ和DJ,，以及DJ中的各個分量。對于這種測試,，選擇的示波器,，長存儲 和高速采樣是必要條件，比如2M以上的存儲器,，20GSa/s的采樣速率,。不過目前抖動測試，各個公司的解決方案得到結(jié)果還有相當差異,，還沒有哪個是權(quán)威 或者行業(yè)標準,。

4. TDR測試

        TDR測試目前主要使用于PCB(印制電路板)信號線,、以及器件阻抗的 測試,，比如單端信號線，差分信號線,，連接器等,。這種測試有一個要求,，就是和實際應用的條件相結(jié)合，比如實際該信號線的信號上升沿在300ps左右,，那么 TDR的輸出脈沖信號的上升沿也要相應設(shè)置在300ps附近,，而不使用30ps左右的上升沿，否則測試結(jié)果可能和實際應用有比較大的差別,。影響TDR測試 精度有很多的原因,，主要有反射、校準,、讀數(shù)選擇等,，反射會導致較短的PCB信號線測試值出現(xiàn)嚴重偏差，特別是在使用TIP(探針)去測試的情況下更為明 顯,，因為TIP和信號線接觸點會導致很大的阻抗不連續(xù),，導致反射發(fā)生，并導致附近三,、四英寸左右范圍的PCB信號線的阻抗曲線起伏,。

5. 時序測試

        現(xiàn) 在器件的工作速率越來越快，時序容限越來越小,，時序問題導致產(chǎn)品不穩(wěn)定是非常常見的,，因此時序測試是非常必要的。測試時序通常需要多通道的示波器和多個探 頭,，示波器的邏輯觸發(fā)或者碼型和狀態(tài)觸發(fā)功能,，對于快速捕獲到需要的波形，很有幫助,，不過多個探頭在實際操作中,，并不容易，又要拿探頭,，又要操作示波器,， 那個時候感覺有孫悟空的三頭六臂就方便多了。邏輯分析儀用做時序