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、邊bian沿yan時shi間jian等deng是shi否fou滿man足zu器qi件jian接jie口kou電dian平ping的de要yao求qiu
，有you沒mei有you存cun在zai信xin號hao毛mao刺ci等deng。由you於yu示shi波bo器qi是shi極ji為wei通tong用yong的de儀yi器qi，幾ji乎hu所suo有you的de硬ying件jian工gong程cheng師shi都dou會hui使shi用yong，但dan並bing不bu表biao示shi大da家jia都dou使shi用yong得de好hao。波bo形xing測ce試shi也ye要yao遵zun循xun一yi些xie要yao求qiu
，才cai能neng夠gou得de到dao準zhun確que的de信xin號hao。

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MASK中zhong落luo入ru了le一yi些xie采cai樣yang點dian，在zai以yi前qian是shi不bu知zhi道dao哪na些xie情qing況kuang下xia落luo入ru的de，因yin為wei所suo有you的de采cai樣yang點dian是shi累lei加jia進jin去qu的de
，總zong的de效xiao果guo看kan起qi來lai就jiu象xiang是shi長chang餘yu暉hui顯xian示shi。而er新xin的de儀yi器qi，利li用yong了le其qi長chang存cun儲chu的de優you勢shi，將jiang波bo形xing采cai集ji進jin來lai後hou進jin行xing處chu理li顯xian示shi
，因yin此ci波bo形xing的de每mei一yi個ge細xi節jie都dou可ke以yi保bao留liu，因yin此ci它ta可ke以yi查zha看kan波bo形xing的de違wei規gui情qing況kuang
，比bi如ru波bo形xing是shi000010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zaiPCB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/T1等(deng)，為(wei)了(le)避(bi)免(mian)有(you)太(tai)多(duo)的(de)能(neng)量(liang)反(fan)射(she)，都(dou)要(yao)求(qiu)比(bi)較(jiao)好(hao)地(di)匹(pi)配(pei)，另(ling)外(wai)在(zai)射(she)頻(pin)或(huo)者(zhe)微(wei)波(bo)，相(xiang)互(hu)對(dui)接(jie)，對(dui)阻(zu)抗(kang)通(tong)常(chang)都(dou)有(you)要(yao)求(qiu)。這(zhe)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)，都(dou)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)頻(pin)域(yu)的(de)阻(zu)抗(kang)測(ce)試(shi)。阻(zu)抗(kang)測(ce)試(shi)通(tong)常(chang)使(shi)用(yong)網(wang)絡(luo)分(fen)析(xi)儀(yi)，單(dan)端(duan)端(duan)口(kou)相(xiang)對(dui)簡(jian)單(dan)，對(dui)於(yu)差(cha)分(fen)輸(shu)入(ru)的(de)端(duan)口(kou)，可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)Balun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。

係xi統tong調tiao試shi以yi及ji驗yan證zheng測ce試shi階jie段duan

，主zhu要yao是shi利li用yong信xin號hao完wan整zheng性xing測ce試shi手shou段duan，對dui設she計ji進jin行xing測ce試shi，看kan是shi否fou設she計ji的de要yao求qiu。如ru果guo發fa現xian了le嚴yan重zhong問wen題ti，就jiu要yao去qu解jie決jue，信xin號hao完wan整zheng性xing的de測ce試shi和he仿fang真zhen手shou段duan都dou將jiang用yong來lai尋xun找zhao問wen題ti的de根gen源yuan
，以yi及ji尋xun找zhao適shi合he的de解jie決jue方fang案an上shang麵mian。

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。