常用信號(hào)完整性的測(cè)試手段及其應(yīng)用

6. 頻譜測(cè)試

對(duì) 于產(chǎn)品的開發(fā)前期，這種測(cè)試應(yīng)用相對(duì)比較少，但是對(duì)于后期的系統(tǒng)測(cè)試，比如EMC測(cè)試，很多產(chǎn)品都需要測(cè)試。通過該測(cè)試發(fā)現(xiàn)某些頻點(diǎn)超標(biāo)，然后可以使用近 場(chǎng)掃描儀(其中關(guān)鍵的儀器是頻譜儀)，例如EMC SCANER，來分析板卡上面具體哪一部分的頻譜比較高，從而找出超標(biāo)的根源所在。不過這些設(shè)備相對(duì)都比較昂貴，中小公司擁有的不多，因此通常情況下都是 在設(shè)計(jì)時(shí)仔細(xì)做好匹配和屏蔽，避免后面測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)信號(hào)頻譜超標(biāo)，因?yàn)楹笃诎l(fā)現(xiàn)了問題，很多情況下是很難定位的。

7. 頻域阻抗測(cè)試

現(xiàn) 在很多標(biāo)準(zhǔn)接口，比如E1/T1等，為了避免有太多的能量反射，都要求比較好地匹配，另外在射頻或者微波，相互對(duì)接，對(duì)阻抗通常都有要求。這些情況下，都 需要進(jìn)行頻域的阻抗測(cè)試。阻抗測(cè)試通常使用網(wǎng)絡(luò)分析儀，單端端口相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)于差分輸入的端口，可以使用Balun進(jìn)行差分和單端轉(zhuǎn)換。

傳 輸損耗測(cè)試，對(duì)于長(zhǎng)的PCB走線，或者電纜等，在傳輸距離比較遠(yuǎn)，或者傳輸信號(hào)速率非常高的情況下，還有頻域的串?dāng)_等，都可以使用網(wǎng)絡(luò)分析儀來測(cè)試。同樣 的，對(duì)于PCB差分信號(hào)或者雙絞線，也可是使用Balun進(jìn)行差分到單端轉(zhuǎn)換，或者使用4端口網(wǎng)絡(luò)分析來測(cè)試。多端口網(wǎng)絡(luò)分析儀的校準(zhǔn)，使用電子校準(zhǔn)件可 以大大提高校準(zhǔn)的效率。

8. 誤碼測(cè)試

誤碼測(cè)試實(shí)際上是系統(tǒng)測(cè)試，利用誤碼儀，甚至是一些軟件 都可做，比如可以通過兩臺(tái)電腦，使用軟件，測(cè)試連接兩臺(tái)電腦間的網(wǎng)絡(luò)誤碼情況。誤碼測(cè)試可以對(duì)數(shù)據(jù)的每一位都進(jìn)行測(cè)試，這是它的優(yōu)點(diǎn)，相比之下示波器只是 部分時(shí)間進(jìn)行采樣，很多時(shí)間都在等待，因此漏過了很多細(xì)節(jié)。低誤碼率的設(shè)備的誤碼測(cè)試很耗費(fèi)時(shí)間，有的測(cè)試時(shí)間是一整天，甚至是數(shù)天。

實(shí) 際中如何選用這上述測(cè)試手段，需要根據(jù)被測(cè)試對(duì)象進(jìn)行具體分析，不同的情況需要不同的測(cè)試手段。比如有標(biāo)準(zhǔn)接口的，就可以使用眼圖測(cè)試、阻抗測(cè)試和誤碼測(cè) 試等，對(duì)于普通硬件電路，可以使用波形測(cè)試、時(shí)序測(cè)試，設(shè)計(jì)中有高速信號(hào)線，還可以使用TDR測(cè)試。對(duì)于時(shí)鐘、高速串行信號(hào)，還可以抖動(dòng)測(cè)試等。

另外上面眾多的儀器，很多都可以實(shí)現(xiàn)多種測(cè)試，比如示波器，可以實(shí)現(xiàn)波形測(cè)試，時(shí)序測(cè)試，眼圖測(cè)試和抖動(dòng)測(cè)試等，網(wǎng)絡(luò)分析儀可以實(shí)現(xiàn)頻域阻抗測(cè)試、傳輸損耗測(cè)試等，因此靈活應(yīng)用儀器也是提高測(cè)試效率，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在問題的關(guān)鍵。

信號(hào)完整性仿真

信號(hào)完整性測(cè)試是信號(hào)完整性設(shè)計(jì)的一個(gè)手段，在實(shí)際應(yīng)用中還有信號(hào)完整性仿真，這兩個(gè)手段結(jié)合在一起，為硬件開發(fā)活動(dòng)提供了強(qiáng)大的支持。圖1是目前比較常見的硬件開發(fā)過程。

在 需求分析和方案選擇階段，就可以應(yīng)用一些信號(hào)完整性測(cè)試手段和仿真手段來分析可行性，或者判斷哪種方案優(yōu)勝，比如測(cè)試一些關(guān)鍵芯片的評(píng)估板，看看信號(hào)的電 平、速率等是否滿足要求，或者利用事先得到的器件模型，進(jìn)行仿真，看接口的信號(hào)傳輸距離是否滿足要求等。在平時(shí)利用測(cè)試手段，也可以得到一些器件的模型， 比如電纜的傳輸模型，這種模型可以利用在仿真中，當(dāng)這些模型積累比較多，一些部分測(cè)試，包括設(shè)計(jì)完畢后的驗(yàn)證測(cè)試，可以用仿真來替代，這對(duì)于效率提高很有 好處，因?yàn)橐粋€(gè)設(shè)計(jì)中的所有的信號(hào)都完全進(jìn)行測(cè)試，是比較困難的，也是很耗費(fèi)時(shí)間的。

在設(shè)計(jì)階段，通常是使用仿真手段，對(duì)具體問題進(jìn)行分析，比如負(fù)載的個(gè)數(shù)，PCB信號(hào)線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，以便將大多數(shù)的信號(hào)完整性問題解決在設(shè)計(jì)階段。

系統(tǒng)調(diào)試以及驗(yàn)證測(cè)試階段，主要是利用信號(hào)完整性測(cè)試手段，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)試，看是否設(shè)計(jì)的要求。如果發(fā)現(xiàn)了嚴(yán)重問題，就要去解決，信號(hào)完整性的測(cè)試和仿真手段都將用來尋找問題的根源，以及尋找適合的解決方案上面。

信號(hào)完整性測(cè)試和信號(hào)完整性仿真緊密結(jié)合，是信號(hào)完整性設(shè)計(jì)的基本要求。

應(yīng)用實(shí)例

某 種進(jìn)口電纜A在公司的各個(gè)產(chǎn)品中廣泛應(yīng)用，由于是獨(dú)家供應(yīng)商，多年價(jià)格一直沒有下降過，在通信產(chǎn)品的價(jià)格逐年大幅度地下降的情況下，是不大正常的，這種情 況下需要尋找替代的供應(yīng)商，由于涉及的產(chǎn)品眾多，并且產(chǎn)品在網(wǎng)絡(luò)中的地位很高，替代就顯得非常謹(jǐn)慎，因此需要通過多方面測(cè)試驗(yàn)證，才能夠決定能否替代。

根 據(jù)規(guī)格需求，找到擬用來替代的國(guó)產(chǎn)電纜B，根據(jù)這種情況，設(shè)計(jì)多種測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證兩種電纜的效果：1. 頻域測(cè)試：測(cè)試兩種電纜的傳輸損耗、反射、串?dāng)_等；2. 時(shí)域測(cè)試：測(cè)試兩種電纜的眼圖測(cè)試、波形測(cè)試等；3. 仿真：利用仿真軟件，仿真眼圖傳輸情況；4. 其他測(cè)試：呼叫測(cè)試(系統(tǒng)測(cè)試的一種，模擬實(shí)際應(yīng)用的性能)。圖2、3和4是部分的測(cè)試結(jié)果。

從 圖2可以看到，兩種電纜的差分傳輸損耗差不多，而電纜A得近端串?dāng)_則相對(duì)比較大。圖3使用了仿真軟件，仿真20米長(zhǎng)的電纜，傳輸40Mbps信號(hào)的眼圖情 況，仿真使用的電纜模型是利用上面頻域測(cè)試得到的模型，通過仿真可以看到電纜B的眼圖比電纜A的眼圖要好，不論眼高還是眼圖抖動(dòng)。

圖4是實(shí)際應(yīng)用的眼圖情況，很明顯電纜B的眼圖要比電纜A的眼圖要好，和前面的仿真結(jié)果比較吻合，不過電纜A的實(shí)際反射比較大一點(diǎn)，這和仿真使用驅(qū)動(dòng)器件的模型有關(guān)。

綜合其他測(cè)試的結(jié)果，最后結(jié)論認(rèn)為擬用來替代的國(guó)產(chǎn)電纜B，性能優(yōu)于進(jìn)口電纜電纜A，因此完全可以替代。這個(gè)替代，將給公司帶來每年數(shù)百萬元的成本下降。