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常用信號完整性的測試手段和在設(shè)計(jì)的應(yīng)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(jì)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(jìn)行介紹,，并結(jié)合實(shí)際硬件開發(fā)活動說明如何選用，最后給出 了一個測試實(shí)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(diǎn),，以及根據(jù)測試對象的特性和要求,，選用適當(dāng)?shù)臏y試手段，對于選擇方案,、驗(yàn)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(diǎn),，但是也存在局限性,，實(shí)際上不可能全部都使用，下面對這些手段進(jìn)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(jìn)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(zhǔn)確的信號,。

        首先是要求主機(jī)和探頭一起組成的帶寬要足夠,。基本上測試系統(tǒng)的帶寬是測試信號帶寬的3倍以上就可以了,。實(shí)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(zhǔn)確的結(jié)果,。

        其次要注重細(xì)節(jié)。比如測試點(diǎn)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(yuǎn),，因?yàn)樾盘柗瓷洌赡軙?dǎo)致測試結(jié)果和實(shí)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(fù)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(jìn)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(dǎo)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(xì)情況進(jìn)行查看，比如在MASK中落入了一些采樣點(diǎn),，在以前是不知道哪些情況下落入的,，因?yàn)樗械牟蓸?點(diǎn)是累加進(jìn)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(jìn)來后進(jìn)行處理顯示,，因此波形的每一個細(xì)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?yàn)閷Ｓ玫亩秳訙y試儀器,，比如TIA(時間間隔分析儀),、SIA3000，價(jià)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(dāng)差異,，還沒有哪個是權(quán)威 或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

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(shí)際應(yīng)用的條件相結(jié)合,，比如實(shí)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(yīng)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(shí)際應(yīng)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(zhǔn)、讀數(shù)選擇等,，反射會導(dǎo)致較短的PCB信號線測試值出現(xiàn)嚴(yán)重偏差,，特別是在使用TIP(探針)去測試的情況下更為明 顯，因?yàn)門IP和信號線接觸點(diǎn)會導(dǎo)致很大的阻抗不連續(xù),，導(dǎo)致反射發(fā)生,，并導(dǎo)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(dǎo)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(shí)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