信號完整性測試與仿真

信號完整性設計在產品開發中越來越受到重視，而信號完整性的測試手段種類繁多，有頻域，也有時域的，還有一些綜合性的手段，比如誤碼測試。這些手段并非任何情況下都適合使用，都存在這樣那樣的局限性，合適選用，可以做到事半功倍，避免走彎路。本文對各種測試手段進行介紹，并結合實際硬件開發活動說明如何選用。

信號完整性的測試手段很多，涉及的儀器也很多，因此熟悉各種測試手段的特點，以及根據測試對象的特性和要求，選用適當的測試手段，對于選擇方案、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

早期的時候，信號完整性分析的手段不多，但是時至今日，信號完整性分析的手段越來越多，不管是時域的還是頻域的，不管是波形還是眼圖，疑惑是誤碼率等等，只要你想要的，不久的將來各大廠商都能設計的出來。雖然現在有很多測試手段，但是這些手段既有優點，也存在局限性，實際上不可能全部都使用，下面對這些手段進行一些說明。

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、邊沿時間等是否滿足器件接口電平的要求，有沒有存在信號毛刺等。由于示波器是極為通用的儀器，幾乎所有的硬件工程師都會使用，但并不表示大家都使用得好。波形測試也要遵循一些要求，才能夠得到準確的信號。

高速電路常用的信號完整性測試手段與仿真

首先是要求主機和探頭一起組成的帶寬要足夠。基本上測試系統（一定要注意這是講的是系統）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K公司的探頭插到T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，如果條件限制放不到上面去的，比如BGA封裝的器件，可以放到最靠近管腳的PCB走線上或者過孔上面。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。

最后，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，并且是直流耦合，而對于某些電路，需要直流偏置，直接將測試系統接入時會影響電路工作狀態，從而測試不到正常的波形。

2、眼圖測試

高速電路常用的信號完整性測試手段與仿真

眼圖測試是常用的測試手段，特別是對于有規范要求的接口，比如USB、Ethernet、SATA、HDMI，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鐘提取功能，可以顯示眼圖，對于沒有MASK的示波器，可以使用外接時鐘進行觸發。使用眼圖測試功能，需要注意測試波形的數量，特別是對于判斷接口眼圖是否符合規范時，數量過少，波形的抖動比較小，也許有一下違規的情況，比如波形進入MASK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，測試波形數量不少于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中落入了一些采樣點，在以前是不知道哪些情況下落入的，因為所有的采樣點是累加進去的，總的效果看起來就象是長余暉顯示。而新的儀器，利用了其長存儲的優勢，將波形采集進來后進行處理顯示，因此波形的每一個細節都可以保留，因此它可以查看波形的違規情況，比如波形是000010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

高速電路常用的信號完整性測試手段與仿真

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keysight的EZJIT，TEK的DPOJitter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。對于這種測試，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。