信號完整性的測試方法

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)，以及根據測試對象的特性和要求，選用適當的測試手段，對于選擇方案、驗證效果、解決問(wèn)題等硬件開(kāi)發(fā)活動(dòng)，都能夠大大提高效率，起到事半功倍的作用。表1：信號完整性測試手段分類(lèi)。

　　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(lèi)，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(shuō)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(guò)測試波形的參數，可以看出幅度、邊沿時(shí)間等是否滿(mǎn)足器件接口電平的要求，有沒(méi)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(huì )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確的結果。

　　其次要注重細節。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(xiàn)上或者過(guò)孔上面。距離接收器件管腳過(guò)遠，因為信號反射，可能會(huì )導致測試結果和實(shí)際信號差異比較大;探頭的地線(xiàn)盡量選擇短地線(xiàn)等。

　　圖1：常見(jiàn)的硬件設計流程。

　　最后，需要注意一下匹配。這個(gè)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，直接將測試系統接入時(shí)會(huì )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，這些示波器內置的時(shí)鐘提取功能，可以顯示眼圖，對于沒(méi)有MASK的示波器，可以使用外接時(shí)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量，特別是對于判斷接口眼圖是否符合規范時(shí)，數量過(guò)少，波形的抖動(dòng)比較小，也許有一下違規的情況，比如波形進(jìn)入MASK的某部部分，就可能采集不到，出現誤判為通過(guò)，數量太多，會(huì )導致整個(gè)測試時(shí)間過(guò)長(cháng)，效率不高，通常情況下，測試波形數量不少于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詳細情況進(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，因為所有的采樣點(diǎn)是累加進(jìn)去的，總的效果看起來(lái)就象是長(cháng)余暉顯示。而新的儀器，利用了其長(cháng)存儲的優(yōu)勢，將波形采集進(jìn)來(lái)后進(jìn)行處理顯示，因此波形的每一個(gè)細節都可以保留，因此它可以查看波形的違規情況，比如波形是000010還是101010，這個(gè)功能可以幫助硬件工程師查找問(wèn)題的根源所在。

　　3.抖動(dòng)測試

　　抖動(dòng)測試現在越來(lái)越受到重視，因為專(zhuān)用的抖動(dòng)測試儀器，比如TIA(時(shí)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(guò)軟件處理，分離出各個(gè)分量，比如RJ和DJ，以及DJ中的各個(gè)分量。對于這種測試，選擇的示波器，長(cháng)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(guò)目前抖動(dòng)測試，各個(gè)公司的解決方案得到結果還有相當差異，還沒(méi)有哪個(gè)是權威或者行業(yè)標準。

　　圖2：兩種電纜的差分傳輸損耗(上)和差分近端串擾(下)。

　　4.TDR測試

　　TDR測試目前主要使用于PCB(印制電路板)信號線(xiàn)、以及器件阻抗的測試，比如單端信號線(xiàn)，差分信號線(xiàn)，連接器等。這種測試有一個(gè)要求，就是和實(shí)際應用的條件相結合，比如實(shí)際該信號線(xiàn)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置在300ps附近，而不使用30ps左右的上升沿，否則測試結果可能和實(shí)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、讀數選擇等，反射會(huì )導致較短的PCB信號線(xiàn)測試值出現嚴重偏差，特別是在使用TIP(探針)去測試的情況下更為明顯，因為T(mén)IP和信號線(xiàn)接觸點(diǎn)會(huì )導致很大的阻抗不連續，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(xiàn)的阻抗曲線(xiàn)起伏。