一文速读:高速信号的完整性测试

随着人工智能的飞速发展,云计算的大量应用,汽车的电动、网联、智能化等催生高速互连器件行业技术变革和市场巨量增长。

从形态上来讲高速互连器件包括:高速线缆,连接器,高速背板和其他带高速接口的 PCB 板。从信号特征上来讲,高速互连器件里走的都是高速信号,高速数字系统对数据带宽要求巨大,单根信号速率超过 1Gbps 后对电路和信号的要求就异常严格,上升沿时间短的快沿信号,当上升沿时间小于 50ps 时,信号变化速度极快,也可以被认定为高速信号。

高速信号的这些显著的特点就导致其在传输过程中容易遭受各种干扰,如电磁干扰、串扰等,这可能导致信号的畸变和失真。所以信号完整性的测试就显得尤为重要。

眼图测量

数字信号的眼图中包含了丰富的信息,可以体现数字信号的整体特征,能够很好地评估数字信号的质量,因而眼图的分析是数字系统信号完整性分析的关键之一。

在介绍眼图之前,我们先引入一个概念——余辉,余辉是指波形在屏幕上从显示到消失的过程,我们称之为余辉,而在屏幕上停留的时间称之为余辉时间。眼图是用余晖方式积累叠加采集到的串行信号的比特位的结果,叠加后的图形形状和眼睛比较像,故名眼图。通过眼图分析功能可以观察接收信号波形,从而分析码间串扰和噪声对系统性能的影响。实时波形很好只能说明信号某些比特质量情况,无法代表信号整体质量,眼图通过不断看加信号,可以放大信号整体的细节信息,体现信号的整体特征。

眼图是一种对信号进行快速统计分析的方法,对于信号的定性分析和debug比较有用,但如果需要快速判断该被测信号是否满足某种标准规范,这时候就会用到眼图模板测试。所谓的模板就是对信号的高低电平、抖动等范围要求提前定义好,做成一个模板文件。简单的来说就是在眼图中根据一定的标准规范绘制一个“不可触碰区域”。

以国内发布的首台超宽带玖锦科技PDS6184A“守仁系列数字示波器”(分析带宽20GHz)来说,它就能够对高速信号进行更密集的采样点和更精确的时间戳,从而精确复现信号,具备比肩国际水平的“诊断能力”。

抖动分析

抖动是高速信号信号完整性测试的核心内容之一,是时钟和串行信号的最重要测量参数。

抖动是指数字信号偏移理想位置的时间偏差。高速信号的比特周期都非常的短,很小的抖动都会造成信号采样位置的变化,所以高速信号对抖动都有严格的要求。根据不同的测量方式,抖动还可分为TIE抖动、周期抖动、周期到周期抖动等等。

在抖动分析中,精确的抖动分离能将不同来源的抖动区分开来,为准确评估系统性能、定位问题根源以及采取针对性的优化措施提供关键依据。

高带宽示波器 PDS6184A 中抖动分析功能实现了精确的抖动分离,并提供了直方图,浴盆曲线,抖动频谱图等功能便于用户分析。

传输特性测量

高速信号在高速线缆中传输时,线缆对信号的损耗及线缆中多对差分线之间的串扰是非常重要的考察指标。众所周知线缆传输特性由S参数来表征。S参数的测量则由矢量网络分析仪来完成。由于高速线缆由多对差分线组成,所以需要多端口网分来测试,多端口网分有两种方式实现,一种是用多块模块化网分级联组成真正的多端口网分,但其成本非常昂贵,第二种测试常规使用的,由一台四端口网分配合开关矩阵,形成一个时分切换的多端口测试系统,一般多为16 端口,32 端口或 64 端口。

高速线缆测试系统可以满足目前的 SAS,PCIE,SFP,QSFP,USB,DP 等各种需求。其测试项目主要包括:插入损耗,回波损耗,模式转换(SDC21,SDC11,SDC22等),近端串扰(NEXT),远端串扰(FEXT),单端/差分阻抗,时延差(Skew)和ICN,ILD 等计算项目。

在国产高端测量设备中,玖锦科技墨子系列VNA5000A(110GHz)就具备这样的“康复大师能力”。

阻抗分析

对于高速信号而言,阻抗匹配是一个非常值得关注的点,阻抗不匹配带来的反射会在接收机处产生噪声。因此,我们常使用矢量网络分析仪来进行阻抗分析从而反映多重反射引起的噪声。

对于 PCB 板上的走线,我们同样可以使用矢量网络分析仪搭配 TDR 探头进行测试。相较于传统采样示波器的TDR方案,使用矢量网络分析仪能够在较高的频率下进行测试,并且被静电打坏的可能性小,测试场景更加灵活。高性能矢量网络分析仪 VNA5000A 可以配置 TDR 测量功能选件,帮助用户完成高速互连通道中的阻抗测试。

功率谱/功率电平测量

对于像 10GBase-T 这样的高速接口总线,功率谱/功率电平测试是非常重要的测试项目,而因为示波器自身接收灵敏度和动态范围的限制,必须用更高精度的仪器来完成这些频域参数的测量。另外,对一些串扰和辐射的测量和定位也需要高接收灵敏度和大动态范围的仪表,所以频谱分析仪在高速数字领域的应用变得越来越广泛。玖锦科技矢量信号分析仪PSA6000A 可以配置 EMI 测量选件,帮助用户完成高速互连通道中的电磁干扰测试。

在国产高端测量设备中,玖锦科技墨子系列PSA6000A(110GHz)就具备高达2GHz的分析带宽,频谱支持扩频至110 GHz,能最大程度的缩短处理与捕获信号之间的时间间隔,提高信号分析处理的效率。

以上,就是今天分享的内容啦,欢迎各位留言咨询讨论!

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