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MASKdeshiboqi，keyishiyongwaijieshizhongjinxingchufa。shiyongyantuceshigongneng，xuyaozhuyiceshiboxingdeshuliang，tebieshiduiyupanduanjiekouyantushifoufuheguifanshi
，shuliangguoshao，boxingdedoudongbijiaoxiao，yexuyouyixiaweiguideqingkuang，biruboxingjinruMASK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、以yi及ji器qi件jian阻zu抗kang的de測ce試shi，比bi如ru單dan端duan信xin號hao線xian
，差cha分fen信xin號hao線xian，連lian接jie器qi等deng。這zhe種zhong測ce試shi有you一yi個ge要yao求qiu，就jiu是shi和he實shi際ji應ying用yong的de條tiao件jian相xiang結jie合he，比bi如ru實shi際ji該gai信xin號hao線xian的de信xin號hao上shang升sheng沿yan在zai300ps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
xianzaiqijiandegongzuosulvyuelaiyuekuai，shixurongxianyuelaiyuexiao
，shixuwentidaozhichanpinbuwendingshifeichangchangjiande，yincishixuceshishifeichangbiyaode。ceshishixutongchangxuyaoduotongdaodeshiboqiheduogetantou
，shiboqideluojichufahuozhemaxinghezhuangtaichufagongneng
，duiyukuaisubuhuodaoxuyaodeboxing，henyoubangzhu，buguoduogetantouzaishijicaozuozhong，bingburongyi，youyaonatantou，youyaocaozuoshiboqi

，nageshihouganjiaoyousunwukongdesantouliubijiufangbianduole。luojifenxiyiyongzuoshixuceshibingbuduo
，yinweitazhuyaozuoyongshifenximaxing
，yejiushifenxixinhaoxianshangpaodeshishenmema，hedaimalianxizaiyiqi，keyifenxishinaxiezhilinghuozheshuju。zaiduiyuyaoqiubugaodeqingkuangxia，keyiyongtalaiceshi，taxiangduishiboqilaishuo，youshijiushitongdaoshuduo，danshitadelieshishitantoulianjiekunnan
，chufeishejideshihoujiuyijingkaolvlelianjiewenti
，fouzefeixianjiushiweiyidexuanze，ruguoxinhaoxianzaiPCB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PCBzouxian，huozhedianlandeng，zaichuanshujulibijiaoyuan
，huozhechuanshuxinhaosulvfeichanggaodeqingkuangxia
，haiyoupinyudechuanraodeng，doukeyishiyongwangluofenxiyilaiceshi。tongyangde，duiyuPCB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。

lingwaishangmianzhongduodeyiqi，henduodoukeyishixianduozhongceshi
，birushiboqi，keyishixianboxingceshi，shixuceshi
，yantuceshihedoudongceshideng，wangluofenxiyikeyishixianpinyuzukangceshi、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

信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)測(ce)試(shi)是(shi)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)設(she)計(ji)的(de)一(yi)個(ge)手(shou)段(duan)，在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)還(hai)有(you)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)仿(fang)真(zhen)，這(zhe)兩(liang)個(ge)手(shou)段(duan)結(jie)合(he)在(zai)一(yi)起(qi)，為(wei)硬(ying)件(jian)開(kai)發(fa)活(huo)動(dong)提(ti)供(gong)了(le)強(qiang)大(da)的(de)支(zhi)持(chi)。圖(tu)1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。