中心議題：

• 信號完整性的測試手段
• 信號完整性仿真
• 信號完整性測試應用實例

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信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)設(she)計(ji)在(zai)產(chan)品(pin)開(kai)發(fa)中(zhong)越(yue)來(lai)越(yue)受(shou)到(dao)重(zhong)視(shi)，而(er)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)的(de)測(ce)試(shi)手(shou)段(duan)種(zhong)類(lei)繁(fan)多(duo)
，有(you)頻(pin)域(yu)
，也(ye)有(you)時(shi)域(yu)的(de)
，還(hai)有(you)一(yi)些(xie)綜(zong)合(he)性(xing)的(de)手(shou)段(duan)，比(bi)如(ru)誤(wu)碼(ma)測(ce)試(shi)。這(zhe)些(xie)手(shou)段(duan)並(bing)非(fei)任(ren)何(he)情(qing)況(kuang)下(xia)都(dou)適(shi)合(he)使(shi)用(yong)，都(dou)存(cun)在(zai)這(zhe)樣(yang)那(na)樣(yang)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)，合(he)適(shi)選(xuan)用(yong)，可(ke)以(yi)做(zuo)到(dao)事(shi)半(ban)功(gong)倍(bei)，避(bi)免(mian)走(zou)彎(wan)路(lu)。本(ben)文(wen)對(dui)各(ge)種(zhong)測(ce)試(shi)手(shou)段(duan)進(jin)行(xing)介(jie)紹(shao)，並(bing)結(jie)合(he)實(shi)際(ji)硬(ying)件(jian)開(kai)發(fa)活(huo)動(dong)說(shuo)明(ming)如(ru)何(he)選(xuan)用(yong)，最(zui)後(hou)給(gei)出(chu)了(le)一(yi)個(ge)測(ce)試(shi)實(shi)例(li)。

xinhaowanzhengxingdeceshishouduanhenduo，shejideyiqiyehenduo，yincishuxigezhongceshishouduandetedian
，yijigenjuceshiduixiangdetexingheyaoqiu，xuanyongshidangdeceshishouduan，duiyuxuanzefangan
、驗證效果、解決問題等硬件開發活動，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1suoshi。biaozhongliechuledabufenxinhaowanzhengxingceshishouduan
，zhexieshouduanjiyouyoudian，danshiyecunzaijuxianxing，shijishangbukenengquanbudoushiyong，xiamianduizhexieshouduanjinxingyixieshuoming。

表1：信號完整性測試手段分類。

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，可以看出幅度、bianyanshijiandengshifoumanzuqijianjiekoudianpingdeyaoqiu，youmeiyoucunzaixinhaomaocideng。youyushiboqishijiweitongyongdeyiqi，jihusuoyoudeyingjiangongchengshidouhuishiyong
，danbingbubiaoshidajiadoushiyongdehao。boxingceshiyeyaozunxunyixieyaoqiu，cainenggoudedaozhunquedexinhao。

首先是要求主機和探頭一起組成的帶寬要足夠。基本上測試係統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果。

其次要注重細節。比如測試點通常選擇放在接收器件的管腳，如果條件限製放不到上麵去的

，比如BGA封裝的器件
，可以放到最靠近管腳的PCB走線上或者過孔上麵。距離接收器件管腳過遠
，因為信號反射，可能會導致測試結果和實際信號差異比較大

；探頭的地線盡量選擇短地線等。

最後，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
，並且是直流耦合
，而對於某些電路，需要直流偏置
，直接將測試係統接入時會影響電路工作狀態，從而測試不到正常的波形。
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2.眼圖測試
眼圖測試是常用的測試手段，特別是對於有規範要求的接口，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鍾提取功能
，可以顯示眼圖

，對於沒有MASK的de示shi波bo器qi，可ke以yi使shi用yong外wai接jie時shi鍾zhong進jin行xing觸chu發fa。使shi用yong眼yan圖tu測ce試shi功gong能neng，需xu要yao注zhu意yi測ce試shi波bo形xing的de數shu量liang，特te別bie是shi對dui於yu判pan斷duan接jie口kou眼yan圖tu是shi否fou符fu合he規gui範fan時shi
，數shu量liang過guo少shao，波bo形xing的de抖dou動dong比bi較jiao小xiao，也ye許xu有you一yi下xia違wei規gui的de情qing況kuang
，比bi如ru波bo形xing進jin入ruMASK的某部部分，就可能采集不到，出現誤判為通過，數量太多
，會導致整個測試時間過長
，效率不高，通常情況下，測試波形數量不少於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行查看，比如在MASKzhongluoruleyixiecaiyangdian，zaiyiqianshibuzhidaonaxieqingkuangxialuorude，yinweisuoyoudecaiyangdianshileijiajinqude
，zongdexiaoguokanqilaijiuxiangshichangyuhuixianshi。erxindeyiqi，liyongleqichangcunchudeyoushi，jiangboxingcaijijinlaihoujinxingchulixianshi，yinciboxingdemeiyigexijiedoukeyibaoliu
，yincitakeyizhakanboxingdeweiguiqingkuang，biruboxingshi000010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。對於這種測試
，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果還有相當差異，還沒有哪個是權威或者行業標準。

4.TDR測試
TDR測試目前主要使用於PCB(印製電路板)信號線、yijiqijianzukangdeceshi
，birudanduanxinhaoxian，chafenxinhaoxian，lianjieqideng。zhezhongceshiyouyigeyaoqiu
，jiushiheshijiyingyongdetiaojianxiangjiehe，birushijigaixinhaoxiandexinhaoshangshengyanzai300ps左右，那麼TDR的輸出脈衝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
，反射會導致較短的PCB信號線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TIP和信號線接觸點會導致很大的阻抗不連續，導致反射發生，並導致附近三、四英寸左右範圍的PCB信號線的阻抗曲線起伏。

5.時序測試
現(xian)在(zai)器(qi)件(jian)的(de)工(gong)作(zuo)速(su)率(lv)越(yue)來(lai)越(yue)快(kuai)，時(shi)序(xu)容(rong)限(xian)越(yue)來(lai)越(yue)小(xiao)，時(shi)序(xu)問(wen)題(ti)導(dao)致(zhi)產(chan)品(pin)不(bu)穩(wen)定(ding)是(shi)非(fei)常(chang)常(chang)見(jian)的(de)
，因(yin)此(ci)時(shi)序(xu)測(ce)試(shi)是(shi)非(fei)常(chang)必(bi)要(yao)的(de)。測(ce)試(shi)時(shi)序(xu)通(tong)常(chang)需(xu)要(yao)多(duo)通(tong)道(dao)的(de)示(shi)波(bo)器(qi)和(he)多(duo)個(ge)探(tan)頭(tou)，示(shi)波(bo)器(qi)的(de)邏(luo)輯(ji)觸(chu)發(fa)或(huo)者(zhe)碼(ma)型(xing)和(he)狀(zhuang)態(tai)觸(chu)發(fa)功(gong)能(neng)，對(dui)於(yu)快(kuai)速(su)捕(bu)獲(huo)到(dao)需(xu)要(yao)的(de)波(bo)形(xing)，很(hen)有(you)幫(bang)助(zhu)，不(bu)過(guo)多(duo)個(ge)探(tan)頭(tou)在(zai)實(shi)際(ji)操(cao)作(zuo)中(zhong)
，並(bing)不(bu)容(rong)易(yi)，又(you)要(yao)拿(na)探(tan)頭(tou)，又(you)要(yao)操(cao)作(zuo)示(shi)波(bo)器(qi)，那(na)個(ge)時(shi)候(hou)感(gan)覺(jiao)有(you)孫(sun)悟(wu)空(kong)的(de)三(san)頭(tou)六(liu)臂(bi)就(jiu)方(fang)便(bian)多(duo)了(le)。邏(luo)輯(ji)分(fen)析(xi)儀(yi)用(yong)做(zuo)時(shi)序(xu)測(ce)試(shi)並(bing)不(bu)多(duo)

，因(yin)為(wei)它(ta)主(zhu)要(yao)作(zuo)用(yong)是(shi)分(fen)析(xi)碼(ma)型(xing)，也(ye)就(jiu)是(shi)分(fen)析(xi)信(xin)號(hao)線(xian)上(shang)跑(pao)的(de)是(shi)什(shen)麼(me)碼(ma)，和(he)代(dai)碼(ma)聯(lian)係(xi)在(zai)一(yi)起(qi)，可(ke)以(yi)分(fen)析(xi)是(shi)哪(na)些(xie)指(zhi)令(ling)或(huo)者(zhe)數(shu)據(ju)。在(zai)對(dui)於(yu)要(yao)求(qiu)不(bu)高(gao)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，可(ke)以(yi)用(yong)它(ta)來(lai)測(ce)試(shi)，它(ta)相(xiang)對(dui)示(shi)波(bo)器(qi)來(lai)說(shuo)，優(you)勢(shi)就(jiu)是(shi)通(tong)道(dao)數(shu)多(duo)，但(dan)是(shi)它(ta)的(de)劣(lie)勢(shi)是(shi)探(tan)頭(tou)連(lian)接(jie)困(kun)難(nan)
，除(chu)非(fei)設(she)計(ji)的(de)時(shi)候(hou)就(jiu)已(yi)經(jing)考(kao)慮(lv)了(le)連(lian)接(jie)問(wen)題(ti)
，否(fou)則(ze)飛(fei)線(xian)就(jiu)是(shi)唯(wei)一(yi)的(de)選(xuan)擇(ze)，如(ru)果(guo)信(xin)號(hao)線(xian)在(zai)PCB的內層，幾乎很難做到。

6.頻譜測試
對於產品的開發前期

，這種測試應用相對比較少
，但是對於後期的係統測試，比如EMC測試


，很多產品都需要測試。通過該測試發現某些頻點超標，然後可以使用近場掃描儀(其中關鍵的儀器是頻譜儀)

，例如EMCSCANER，來(lai)分(fen)析(xi)板(ban)卡(ka)上(shang)麵(mian)具(ju)體(ti)哪(na)一(yi)部(bu)分(fen)的(de)頻(pin)譜(pu)比(bi)較(jiao)高(gao)
，從(cong)而(er)找(zhao)出(chu)超(chao)標(biao)的(de)根(gen)源(yuan)所(suo)在(zai)。不(bu)過(guo)這(zhe)些(xie)設(she)備(bei)相(xiang)對(dui)都(dou)比(bi)較(jiao)昂(ang)貴(gui)
，中(zhong)小(xiao)公(gong)司(si)擁(yong)有(you)的(de)不(bu)多(duo)，因(yin)此(ci)通(tong)常(chang)情(qing)況(kuang)下(xia)都(dou)是(shi)在(zai)設(she)計(ji)時(shi)仔(zai)細(xi)做(zuo)好(hao)匹(pi)配(pei)和(he)屏(ping)蔽(bi)，避(bi)免(mian)後(hou)麵(mian)測(ce)試(shi)時(shi)發(fa)現(xian)信(xin)號(hao)頻(pin)譜(pu)超(chao)標(biao)，因(yin)為(wei)後(hou)期(qi)發(fa)現(xian)了(le)問(wen)題(ti)
，很(hen)多(duo)情(qing)況(kuang)下(xia)是(shi)很(hen)難(nan)定(ding)位(wei)的(de)。

7.頻域阻抗測試
現在很多標準接口，比如E1/T1deng，weilebimianyoutaiduodenengliangfanshe，douyaoqiubijiaohaodipipei，lingwaizaishepinhuozheweibo，xianghuduijie
，duizukangtongchangdouyouyaoqiu。zhexieqingkuangxia，douxuyaojinxingpinyudezukangceshi。zukangceshitongchangshiyongwangluofenxiyi
，danduanduankouxiangduijiandan，duiyuchafenshurudeduankou，keyishiyongBalun進行差分和單端轉換。

傳輸損耗測試，對於長的PCB走zou線xian，或huo者zhe電dian纜lan等deng，在zai傳chuan輸shu距ju離li比bi較jiao遠yuan，或huo者zhe傳chuan輸shu信xin號hao速su率lv非fei常chang高gao的de情qing況kuang下xia，還hai有you頻pin域yu的de串chuan擾rao等deng
，都dou可ke以yi使shi用yong網wang絡luo分fen析xi儀yi來lai測ce試shi。同tong樣yang的de，對dui於yuPCB差分信號或者雙絞線

，也可是使用Balun進行差分到單端轉換
，或者使用4端口網絡分析來測試。多端口網絡分析儀的校準，使用電子校準件可以大大提高校準的效率。

8.誤碼測試
誤(wu)碼(ma)測(ce)試(shi)實(shi)際(ji)上(shang)是(shi)係(xi)統(tong)測(ce)試(shi)，利(li)用(yong)誤(wu)碼(ma)儀(yi)，甚(shen)至(zhi)是(shi)一(yi)些(xie)軟(ruan)件(jian)都(dou)可(ke)做(zuo)，比(bi)如(ru)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)兩(liang)台(tai)電(dian)腦(nao)，使(shi)用(yong)軟(ruan)件(jian)，測(ce)試(shi)連(lian)接(jie)兩(liang)台(tai)電(dian)腦(nao)間(jian)的(de)網(wang)絡(luo)誤(wu)碼(ma)情(qing)況(kuang)。誤(wu)碼(ma)測(ce)試(shi)可(ke)以(yi)對(dui)數(shu)據(ju)的(de)每(mei)一(yi)位(wei)都(dou)進(jin)行(xing)測(ce)試(shi)，這(zhe)是(shi)它(ta)的(de)優(you)點(dian)，相(xiang)比(bi)之(zhi)下(xia)示(shi)波(bo)器(qi)隻(zhi)是(shi)部(bu)分(fen)時(shi)間(jian)進(jin)行(xing)采(cai)樣(yang)
，很(hen)多(duo)時(shi)間(jian)都(dou)在(zai)等(deng)待(dai)，因(yin)此(ci)漏(lou)過(guo)了(le)很(hen)多(duo)細(xi)節(jie)。低(di)誤(wu)碼(ma)率(lv)的(de)設(she)備(bei)的(de)誤(wu)碼(ma)測(ce)試(shi)很(hen)耗(hao)費(fei)時(shi)間(jian)

，有(you)的(de)測(ce)試(shi)時(shi)間(jian)是(shi)一(yi)整(zheng)天(tian)
，甚(shen)至(zhi)是(shi)數(shu)天(tian)。

實shi際ji中zhong如ru何he選xuan用yong這zhe上shang述shu測ce試shi手shou段duan，需xu要yao根gen據ju被bei測ce試shi對dui象xiang進jin行xing具ju體ti分fen析xi，不bu同tong的de情qing況kuang需xu要yao不bu同tong的de測ce試shi手shou段duan。比bi如ru有you標biao準zhun接jie口kou的de
，就jiu可ke以yi使shi用yong眼yan圖tu測ce試shi、阻抗測試和誤碼測試等，對於普通硬件電路，可以使用波形測試、時序測試，設計中有高速信號線，還可以使用TDR測試。對於時鍾、高速串行信號

，還可以抖動測試等。

另ling外wai上shang麵mian眾zhong多duo的de儀yi器qi，很hen多duo都dou可ke以yi實shi現xian多duo種zhong測ce試shi，比bi如ru示shi波bo器qi，可ke以yi實shi現xian波bo形xing測ce試shi，時shi序xu測ce試shi
，眼yan圖tu測ce試shi和he抖dou動dong測ce試shi等deng
，網wang絡luo分fen析xi儀yi可ke以yi實shi現xian頻pin域yu阻zu抗kang測ce試shi、傳輸損耗測試等
，因此靈活應用儀器也是提高測試效率
，發現設計中存在問題的關鍵。
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信號完整性仿真

xinhaowanzhengxingceshishixinhaowanzhengxingshejideyigeshouduan
，zaishijiyingyongzhonghaiyouxinhaowanzhengxingfangzhen，zhelianggeshouduanjiehezaiyiqi
，weiyingjiankaifahuodongtigongleqiangdadezhichi。tu1是目前比較常見的硬件開發過程。

圖1：常見的硬件設計流程。

在zai需xu求qiu分fen析xi和he方fang案an選xuan擇ze階jie段duan，就jiu可ke以yi應ying用yong一yi些xie信xin號hao完wan整zheng性xing測ce試shi手shou段duan和he仿fang真zhen手shou段duan來lai分fen析xi可ke行xing性xing，或huo者zhe判pan斷duan哪na種zhong方fang案an優you勝sheng，比bi如ru測ce試shi一yi些xie關guan鍵jian芯xin片pian的de評ping估gu板ban，看kan看kan信xin號hao的de電dian平ping
、速su率lv等deng是shi否fou滿man足zu要yao求qiu，或huo者zhe利li用yong事shi先xian得de到dao的de器qi件jian模mo型xing，進jin行xing仿fang真zhen，看kan接jie口kou的de信xin號hao傳chuan輸shu距ju離li是shi否fou滿man足zu要yao求qiu等deng。在zai平ping時shi利li用yong測ce試shi手shou段duan，也ye可ke以yi得de到dao一yi些xie器qi件jian的de模mo型xing，比bi如ru電dian纜lan的de傳chuan輸shu模mo型xing，這zhe種zhong模mo型xing可ke以yi利li用yong在zai仿fang真zhen中zhong，當dang這zhe些xie模mo型xing積ji累lei比bi較jiao多duo，一yi些xie部bu分fen測ce試shi
，包bao括kuo設she計ji完wan畢bi後hou的de驗yan證zheng測ce試shi，可ke以yi用yong仿fang真zhen來lai替ti代dai，這zhe對dui於yu效xiao率lv提ti高gao很hen有you好hao處chu，因yin為wei一yi個ge設she計ji中zhong的de所suo有you的de信xin號hao都dou完wan全quan進jin行xing測ce試shi，是shi比bi較jiao困kun難nan的de
，也ye是shi很hen耗hao費fei時shi間jian的de。

在設計階段
，通常是使用仿真手段

，對具體問題進行分析

，比如負載的個數，PCB信號線的拓撲結構，並根據仿真結果對設計進行調整，以便將大多數的信號完整性問題解決在設計階段。

xitongtiaoshiyijiyanzhengceshijieduan

，zhuyaoshiliyongxinhaowanzhengxingceshishouduan，duishejijinxingceshi，kanshifoushejideyaoqiu。ruguofaxianleyanzhongwenti
，jiuyaoqujiejue，xinhaowanzhengxingdeceshihefangzhenshouduandoujiangyonglaixunzhaowentidegenyuan
，yijixunzhaoshihedejiejuefanganshangmian。

信號完整性測試和信號完整性仿真緊密結合，是信號完整性設計的基本要求。

應用實例

某種進口電纜A在zai公gong司si的de各ge個ge產chan品pin中zhong廣guang泛fan應ying用yong，由you於yu是shi獨du家jia供gong應ying商shang，多duo年nian價jia格ge一yi直zhi沒mei有you下xia降jiang過guo，在zai通tong信xin產chan品pin的de價jia格ge逐zhu年nian大da幅fu度du地di下xia降jiang的de情qing況kuang下xia，是shi不bu大da正zheng常chang的de，這zhe種zhong情qing況kuang下xia需xu要yao尋xun找zhao替ti代dai的de供gong應ying商shang，由you於yu涉she及ji的de產chan品pin眾zhong多duo，並bing且qie產chan品pin在zai網wang絡luo中zhong的de地di位wei很hen高gao，替ti代dai就jiu顯xian得de非fei常chang謹jin慎shen，因yin此ci需xu要yao通tong過guo多duo方fang麵mian測ce試shi驗yan證zheng，才cai能neng夠gou決jue定ding能neng否fou替ti代dai。

根據規格需求，找到擬用來替代的國產電纜B
，根據這種情況
，設計多種測試進行驗證兩種電纜的效果：1.頻域測試：測試兩種電纜的傳輸損耗、反射
、串擾等

；2.時域測試：測試兩種電纜的眼圖測試、波形測試等
；3.仿真：利用仿真軟件，仿真眼圖傳輸情況
；4.其他測試：呼叫測試(係統測試的一種，模擬實際應用的性能)。圖2、3和4是部分的測試結果。

圖2：兩種電纜的差分傳輸損耗(上)和差分近端串擾(下)。

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圖3：仿真傳輸眼圖(上：電纜A，下：電纜B)。

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得近端串擾則相對比較大。圖3使用了仿真軟件，仿真20米長的電纜，傳輸40Mbps信號的眼圖情況，仿真使用的電纜模型是利用上麵頻域測試得到的模型
，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。

圖4：實際應用測試(上：電纜A，下：電纜B)。

圖4是實際應用的眼圖情況，很明顯電纜B的眼圖要比電纜A的眼圖要好，和前麵的仿真結果比較吻合，不過電纜A的實際反射比較大一點，這和仿真使用驅動器件的模型有關。

綜合其他測試的結果，最後結論認為擬用來替代的國產電纜B，性能優於進口電纜電纜A
，因此完全可以替代。這個替代
，將給公司帶來每年數百萬元的成本下降。