示波器作为“工程师的眼睛”之应用案例

2015-05-13 12:40:32   来源:ednchina   

关键字: 示波器  工程师的眼睛

2014年7月份,我们启动了电能质量高端设备开发项目。这个项目的技术需求是采样点多,数据率高,算法复杂,数据存储量大,网络接口多,高级应用多等。面临这样的情况,我们通过大量分析和评估,决定新构建硬件平台来满足产品需求。通过对多家处理器进行分析̖ 比对,最终一个全新的硬件架构出炉了:以双核CPU配上FPGA,Switch,DOM盘等来实现数据获取,传输,计算,存储,通信等功能。经过一番努力,很快我们的板卡打样回板,并完成了SMT,正式进入软硬件调试阶段。在完成小系统(CPU,DDR,Flash等)主要器件测试后,我们进入小系统外围器件的开发环节,在做SATA-DOM盘测试时,发现了DOM盘无法连接的问题。在软件工程师的配合测试下,很快定位出是差分晶振输出给CPU的差分LVDS参考时钟未能稳定锁定,导致控制器无法正常工作。在公司内部寻找测试高速信号的示波器,发现基本都是带宽很低的示波器,且不配有有源差分探头,根本无法看到波形,从而无法判断是原理设计问题,还是PCB,或器件焊接及其它问题,项目就此卡住了。接下来就是一顿满地找能用的示波器过程了,那个汗啊!

 

真是赶巧,我们公司早准备配置高端示波器了,由于采购流程很长,一直处于在Tek,R&S,Agilent三家联系和产品评估中。通过我们的采购很快联系上这三家公司的销售,R&S是在联系之后,以最快的速度,率先给我们发来测试示波器样机的厂家,正是雪中送碳,久旱逢甘霖啊!拿到示波器测试样机的当天,我就快速拆封上电,准备信号测试了。由于之前一直用另外两家的示波器,初始使用R&S的示波器,其软件界面及操作按钮均不是很熟悉,操作起来相对生涩。经过简单摸索后,基本能做简单测试了,但是要进行高速信号测量还不能快速搞定,只能求助技术支持了。通过采购顺利联系上销售工程师-杨毓,在其帮助下,又快速联系上了技术支持工程师-李星。在李工的远程协助下,很快可以进行高速信号测量,并抓到了时钟波形。李工担心我这边搞不好,又在第二天上午赶到我们公司,进行现场培训指导。基于抓到的时钟波形,我们展开全面分析,李工深厚的技术知识,对我这个诡异问题的分析提供了重要思路。

 

先是原理分析,初步结论是:硬件原理设计上不存在太多的问题。这是一个LVDS时钟晶振发出差分LVDS 时钟后,通过交流耦合连到CPU侧(图)。

pic_00.jpg

原理上找不到问题,只能集中精力测量波形并进行详细分析了。通过R&S示波器,用有源差分探头(图1)和有源单端探头在CPU侧来捕获时钟输出波形(图2)。

pic_01.jpg
图1差分探头测得图
pic_02.jpg

图2单端探头测得图

 

从图可知:时钟质量在CPU端差,信号差分摆幅不够,而且共模电压超出范围,且波形畸变严重。CPU侧的PLL针对这个输入时钟信号无法锁定,也是理所但然的。难道是PCB设计有问题?PCB走线的截图如下:
 

pic_02_1.jpg
 
图中:U2为差分晶振,晶振背面的C101和C102为交流耦合电容。PCB的走线为:线宽8mil,线间距16mil,差分等长控制在5mil,总线长1550mil(小于器件资料的2000mil)。
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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0513/article_11739.html
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