常用信号完整性的测试手段及其应用

2012-05-10 15:33:04来源: 21ic

信号完整性设 计在产品开发中越来越受到重视,而信号完整性的测试手段种类繁多,有频域,也有时域的,还有一些综合性的手段,比如误码测试。这些手段并非任何情况下都适 合使用,都存在这样那样的局限性,合适选用,可以做到事半功倍,避免走弯路。本文对各种测试手段进行介绍,并结合实际硬件开发活动说明如何选用,最后给出 了一个测试实例。

信号完整性的测试手段很多,涉及的仪器也很多,因此熟悉各种测试手段的特点,以及根据测试对象的特性和要求,选用适当的测试手段,对于选择方案、验证效果、解决问题等硬件开发活动,都能够大大提高效率,起到事半功倍的作用。

信号完整性的测试手段

信号完整性的测试手段主要可以分为三大类,如表1所示。表中列出了大部分信号完整性测试手段,这些手段既有优点,但是也存在局限性,实际上不可能全部都使用,下面对这些手段进行一些说明。

1. 波形测试

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。

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。

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。

2. 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。

目前有一些仪器,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。

3. 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。

4. TDR测试

TDR测试目前主要使用于PCB(印制电路板)信号线、以及器件阻抗的 测试,比如单端信号线,差分信号线,连接器等。这种测试有一个要求,就是和实际应用的条件相结合,比如实际该信号线的信号上升沿在300ps左右,那么 TDR的输出脉冲信号的上升沿也要相应设置在300ps附近,而不使用30ps左右的上升沿,否则测试结果可能和实际应用有比较大的差别。影响TDR测试 精度有很多的原因,主要有反射、校准、读数选择等,反射会导致较短的PCB信号线测试值出现严重偏差,特别是在使用TIP(探针)去测试的情况下更为明 显,因为TIP和信号线接触点会导致很大的阻抗不连续,导致反射发生,并导致附近三、四英寸左右范围的PCB信号线的阻抗曲线起伏。

5. 时序测试

现在器件的工作速率越来越快,时序容限越来越小,时序问题导致产品不稳定是非常常见的,因此时序测试是非常必要的。测试时序通常需要多通道的示波器和多个探 头,示波器的逻辑触发或者码型和状态触发功能,对于快速捕获到需要的波形,很有帮助,不过多个探头在实际操作中,并不容易,又要拿探头,又要操作示波器, 那个时候感觉有孙悟空的三头六臂就方便多了。逻辑分析仪用做时序测试并不多,因为它主要作用是分析码型,也就是分析信号线上跑的是什么码,和代码联系在一 起,可以分析是哪些指令或者数据。在对于要求不高的情况下,可以用它来测试,它相对示波器来说,优势就是通道数多,但是它的劣势是探头连接困难,除非设计 的时候就已经考虑了连接问题,否则飞线就是唯一的选择,如果信号线在PCB的内层,几乎很难做到。

 

6. 频谱测试

对 于产品的开发前期,这种测试应用相对比较少,但是对于后期的系统测试,比如EMC测试,很多产品都需要测试。通过该测试发现某些频点超标,然后可以使用近 场扫描仪(其中关键的仪器是频谱仪),例如EMC SCANER,来分析板卡上面具体哪一部分的频谱比较高,从而找出超标的根源所在。不过这些设备相对都比较昂贵,中小公司拥有的不多,因此通常情况下都是 在设计时仔细做好匹配和屏蔽,避免后面测试时发现信号频谱超标,因为后期发现了问题,很多情况下是很难定位的。

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关键字:信号完整性  误码测试  测试手段

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0510/article_5088.html
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