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经验分享|信号完整性 常用的三种测试方法

2020-08-08 12:32
凡亿PCB
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信号完整性测试的手段有很多,主要的一些手段有波形测试、眼图测试、抖动测试等,目前应用比较广泛的信号完整性测试手段应该是波形测试,即——使用示波器测试波形幅度、边沿和毛刺等,通过测试波形的参数,可以看出幅度、边沿时间等是否满足器件接口电平的要求,有没有存在信号毛刺等。

信号完整性的测试手段主要可以分为三大类,下面对这些手段进行一些说明。

抖动测试

抖动测试现在越来越受到重视,因为专用的抖动测试仪器,比如TIA(时间间隔分析仪)、SIA3000,价格非常昂贵,使用得比较少。使用得最多是示波器加上软件处理,如TEK的TDSJIT3软件。通过软件处理,分离出各个分量,比如RJ和DJ,以及DJ中的各个分量。对于这种测试,选择的示波器,长存储和高速采样是必要条件,比如2M以上的存储器,20GSa/s的采样速率。不过目前抖动测试,各个公司的解决方案得到结果还有相当差异,还没有哪个是权威或者行业标准。

波形测试

首先是要求主机和探头一起组成的带宽要足够。基本上测试系统的带宽是测试信号带宽的3倍以上就可以了。实际使用中,有一些工程师随便找一些探头就去测试,甚至是A公司的探头插到B公司的示波器去,这种测试很难得到准确的结果。

波形测试是信号完整性测试中最常用的手段,一般是使用示波器进行,主要测试波形幅度、边沿和毛刺等,通过测试波形的参数,可以看出幅度、边沿时间等是否满足器件接口电平的要求,有没有存在信号毛刺等。由于示波器是极为通用的仪器,几乎所有的硬件工程师都会使用,但并不表示大家都使用得好。波形测试也要遵循一些要求,才能够得到准确的信号。

其次要注重细节。比如测试点通常选择放在接收器件的管脚,如果条件限制放不到上面去的,比如BGA封装的器件,可以放到最靠近管脚的PCB走线上或者过孔上面。距离接收器件管脚过远,因为信号反射,可能会导致测试结果和实际信号差异比较大;探头的地线尽量选择短地线等。

最后,需要注意一下匹配。这个主要是针对使用同轴电缆去测试的情况,同轴直接接到示波器上去,负载通常是50欧姆,并且是直流耦合,而对于某些电路,需要直流偏置,直接将测试系统接入时会影响电路工作状态,从而测试不到正常的波形。

眼图测试

眼图测试是常用的测试手段,特别是对于有规范要求的接口,比如E1/T1、USB、10/100BASE-T,还有光接口等。这些标准接口信号的眼图测试,主要是用带MASK(模板)的示波器,包括通用示波器,采样示波器或者信号分析仪,这些示波器内置的时钟提取功能,可以显示眼图,对于没有MASK的示波器,可以使用外接时钟进行触发。使用眼图测试功能,需要注意测试波形的数量,特别是对于判断接口眼图是否符合规范时,数量过少,波形的抖动比较小,也许有一下违规的情况,比如波形进入MASK的某部部分,就可能采集不到,出现误判为通过,数量太多,会导致整个测试时间过长,效率不高,通常情况下,测试波形数量不少于2000,在3000左右为适宜。

利用分析软件,可以对眼图中的违规详细情况进行查看,比如在MASK中落入了一些采样点,在以前是不知道哪些情况下落入的,因为所有的采样点是累加进去的,总的效果看起来就象是长余晖显示。而新的仪器,利用了其长存储的优势,将波形采集进来后进行处理显示,因此波形的每一个细节都可以保留,因此它可以查看波形的违规情况,比如波形是000010还是101010,这个功能可以帮助硬件工程师查找问题的根源所在。

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