中心議題：

• 高速串行信號測試中的虛擬探測和均衡技術

解決方案：

• 使用Eye Doctor進行高速信號測試
• 在測試儀器內嵌入均衡技術來複現係統的真實性能

【摘要】在高於2.5G比特率的串行數據傳輸係統中，信號經過PCB長距離傳輸線、連接器、過孔，到達接收芯片引腳的測試點時
，信號已經嚴重衰減，即使示波器與差分探頭的測試係統帶寬足夠高
，很多測量結果基本沒有意義——因為眼圖已經閉合。而往往SERDES接jie收shou芯xin片pian內nei部bu集ji成cheng了le均jun衡heng器qi，以yi補bu償chang接jie收shou端duan信xin號hao的de過guo大da衰shuai減jian
，而er信xin號hao經jing過guo均jun衡heng器qi處chu理li後hou的de眼yan圖tu張zhang開kai度du又you如ru何he？這zhe成cheng為wei高gao速su信xin號hao測ce量liang的de前qian沿yan且qie核he心xin的de問wen題ti。在zai示shi波bo器qi內nei部bu集ji成cheng均jun衡heng器qi，讓rang客ke戶hu訂ding製zhi濾lv波bo功gong能neng來lai仿fang真zhen接jie收shou芯xin片pian的de均jun衡heng特te性xing，同tong時shi結jie合he虛xu擬ni探tan測ce技ji術shu——顯然期望的測試點是在接收芯片內部，探針無法觸及——是目前高速測試的解決方案之一。本文是中興通訊EDA高速實驗室以三大示波器廠商之一的LeCroy示波器為例
，簡單介紹高速串行信號測試中的虛擬探測和均衡技術。

【關鍵詞】高速串行信號，LeCroy示波器

，虛擬探測

，均衡技術，Eye Doctor

1. 引言
在高速serdes係統中， PCB的長距離傳輸線、連接器

、過孔的阻抗不連續等因素對信號造成很大衰耗
，比如6.25Gb/s的信號在FR4上走25英ying寸cun或huo者zhe更geng遠yuan之zhi後hou的de眼yan圖tu已yi經jing無wu法fa張zhang開kai
，為wei了le解jie決jue這zhe種zhong衰shuai耗hao問wen題ti
，往wang往wang有you兩liang種zhong方fang法fa
，一yi種zhong是shi在zai發fa射she端duan使shi用yong預yu加jia重zhong技ji術shu
，一yi種zhong是shi在zai接jie收shou端duan使shi用yong均jun衡heng技ji術shu。

由於在SERDES接(jie)收(shou)芯(xin)片(pian)內(nei)部(bu)集(ji)成(cheng)了(le)均(jun)衡(heng)器(qi)
，以(yi)補(bu)償(chang)信(xin)號(hao)的(de)過(guo)大(da)衰(shuai)減(jian)，但(dan)是(shi)測(ce)試(shi)時(shi)
，直(zhi)接(jie)測(ce)量(liang)接(jie)收(shou)端(duan)的(de)信(xin)號(hao)基(ji)本(ben)沒(mei)有(you)意(yi)義(yi)，因(yin)為(wei)這(zhe)根(gen)本(ben)無(wu)法(fa)代(dai)表(biao)接(jie)收(shou)信(xin)號(hao)的(de)真(zhen)實(shi)性(xing)能(neng)。在(zai)示(shi)波(bo)器(qi)內(nei)部(bu)集(ji)成(cheng)濾(lv)波(bo)器(qi)，讓(rang)客(ke)戶(hu)訂(ding)製(zhi)濾(lv)波(bo)功(gong)能(neng)來(lai)仿(fang)真(zhen)接(jie)收(shou)芯(xin)片(pian)的(de)均(jun)衡(heng)特(te)性(xing)
，是(shi)目(mu)前(qian)高(gao)速(su)測(ce)試(shi)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)之(zhi)一(yi)。

中興通訊EDA高速實驗室作為公司的高速測試平台
，解決過E1業務板、以太網口、千兆光口、高速互聯係統等眾多問題，對均衡測試等前沿技術也進行了研究，本實驗室將以LeCroy的SDA6000A（帶寬6GHz，20GS/s）為例，介紹最新的高速串行信號虛擬探測和均衡技術。SDA6000A的虛擬探測和均衡分析工具叫Eye Doctor，它是一個集成在LeCroy示波器內部的功能強大的軟件包。

2. 使用Eye Doctor進行高速信號測試
一
、Eye Doctor功能介紹
虛擬探測：

• 允許在係統的任何一個比較方便位置測試，然後反映出其他位置的波形。這些位置包括測試係統中不能探測的位置，比如芯片內部。
• 可以提高測試精度：把儀器、探頭、夾具帶來的影響去掉
  
  ；在信號最強的地方（通常是發射端）進行測試，然後推算出信號較弱地方的波形，而在發送端測試有更高的信噪比，比直接在接收端測試效果更好。
• 使用通用的S參數作為模擬器的語言（S參數可以用矢量網絡分析儀或者仿真建模軟件提取）。

接收均衡器模擬：
高速串行芯片往往嵌入了接收均衡器，通過示波器的均衡模擬技術複現信號
，可以反映出係統的真實性能。

二、原理
1、 虛擬探測
圖1所示為Eye Doctor的虛擬探測原理，它由一個虛擬探測器件構成
，相當於一個黑盒子，其性能跟輸入的S參數有關，該S參數代表傳輸係統的網絡參數。虛擬探測器左邊輸入實際測試得到的波形（比如發射端波形），右邊輸出即為虛擬探測波形（比如接收端或難以探測點的波形）。它最多可支持8端口輸入和輸出的係統，描述語言類似於Spice
，接收Touchstone格式的S參數。

2、 接收均衡器
在高速數據傳輸中，為防止信號失真
，通常有兩種方法：一種是發射端采用預加重（Pre-emphasis）
，另一種是在接收端使用均衡技術，其結構如圖2所示。

• 預加重Pre-emphasis：為(wei)抵(di)消(xiao)傳(chuan)輸(shu)通(tong)道(dao)的(de)衰(shuai)減(jian)，預(yu)加(jia)重(zhong)通(tong)過(guo)加(jia)重(zhong)任(ren)何(he)信(xin)號(hao)變(bian)化(hua)後(hou)的(de)第(di)一(yi)個(ge)數(shu)據(ju)符(fu)號(hao)來(lai)對(dui)發(fa)射(she)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)預(yu)失(shi)真(zhen)處(chu)理(li)，從(cong)而(er)消(xiao)除(chu)信(xin)道(dao)中(zhong)脈(mai)衝(chong)響(xiang)應(ying)的(de)前(qian)沿(yan)過(guo)衝(chong)和(he)後(hou)沿(yan)拖(tuo)尾(wei)。
• 接收均衡器receive equalization：接(jie)收(shou)均(jun)衡(heng)器(qi)通(tong)過(guo)在(zai)接(jie)收(shou)端(duan)放(fang)大(da)信(xin)號(hao)中(zhong)的(de)高(gao)頻(pin)分(fen)量(liang)來(lai)補(bu)償(chang)傳(chuan)輸(shu)損(sun)耗(hao)，而(er)低(di)頻(pin)分(fen)量(liang)保(bao)持(chi)不(bu)變(bian)，讓(rang)信(xin)號(hao)眼(yan)圖(tu)張(zhang)得(de)最(zui)開(kai)。是(shi)預(yu)加(jia)重(zhong)的(de)一(yi)種(zhong)替(ti)代(dai)或(huo)互(hu)補(bu)方(fang)案(an)。
• 判決反饋均衡器Decision feedback equalization (DFE)：根據解碼數據改變信號的幅度
  ，一個經典的判決反饋均衡器的結構如圖3所示。

前饋均衡（FFE）的作用是去掉信號互調幹擾
，並將來自接收數據流的噪聲“漂白”。DFE監測判決限幅器（Slicer）的輸出
，取出與限幅器判決相關的噪聲，並反饋到限幅器的輸入端，並從下一個信號中減掉。在FFE-DFE係統中，FFE和DFE的抽頭數對整個均衡器有很大的影響。
Eye Doctor的作用圖4所示：
三、應用實例：
下麵以中興通訊EDA高速實驗室的一個實際應用案例來說明Eye Doctor的應用。對圖5所示的一個高速背板互聯係統進行測試，信號經過連接器和背板，走線長度約為40In。 1、發送端信號波形和眼圖
信號波形（圖6）： 眼圖質量很好，如圖7示： 2
、接收端信號波形和眼圖
信號經過背板和連接器，到達接收端
，信號變差
，眼圖變小

，如圖8、圖9所示。如果不使用均衡技術

，係統很容易出現誤碼，因此在高速接收芯片內部通常需要嵌入均衡器。 3、虛擬探測得到的接收端波形
下麵我們來看看用eye doctor虛擬探測得到的接收端波形，在探測過程中，需要把傳輸網絡的S參數輸入到虛擬探測器件裏麵（圖10）。該S參數EDA高速實驗室使用網絡分析儀加輔助子卡測試得到
，如果實際應用時S參數不容易得到
，也可以通過一些仿真軟件提取，EDA高速實驗室通常會使用SIwave、HFSS來提取S參數。 把虛擬探測波形和實際測試波形進行比較如下
，可見吻合的相當的好（圖11），虛擬探測可以作為測試的重要輔助手段。 4、均衡模擬器
把經過背板的已衰減信號加到示波器的均衡模擬器上
，查看經過均衡的信號眼圖。根據接收芯片實際情況
，我們把FFE和DFE的抽頭數分別設為3和1，點擊Train，對均衡器進行訓練（圖12）
，就得到了均衡後的信號，其眼圖如圖13所示。 對比圖9可見，眼圖質量大大提升，這代表了係統的真實性能，在測試儀器內嵌入均衡技術已經成為高速測試的解決方案之一。

注：眼圖顯示時看到波形切斷現象的解釋：
均衡算法時會對采樣點進行幅度的提升，使均衡後的波形與理想的波形（下圖中的decode的波形）相xiang減jian後hou得de到dao的de差cha值zhi最zui小xiao。對dui於yu高gao頻pin的de碼ma，為wei了le補bu償chang其qi衰shuai減jian，均jun衡heng後hou的de波bo形xing可ke能neng在zai上shang升sheng或huo下xia降jiang沿yan出chu現xian比bi較jiao高gao的de類lei似si於yu過guo衝chong的de波bo形xing，眼yan圖tu顯xian示shi時shi可ke能neng會hui看kan到dao切qie斷duan的de波bo形xing。 3. 結論
在本例中，中興通訊EDAgaosushiyanshitongguoshiyongxunitancehejunhengjishujiejuelegaosuchuanxingxinhaodeceshiwenti。zaigaosushujuchuanshuzhong
，wangwangcaiyongjunhengchulijishulaikuozhanxinhaodechuanshujuli
，zhijieceliangjieshouduandexinhaojibenmeiyouyiyi
，yinweizhegenbenwufadaibiaojieshouxinhaodezhenshixingneng。zaiceshiyiqineiqianrujunhengjishulaifuxianxitongdezhenshixingneng，yijingchengweigaosuceshidezhongyaojiejuefangan。

Eye Doctor是LeCroy高端示波器的一個軟件包，它包含兩個功能：虛擬探測
，均衡模擬。這是高速串行數據測試中非常重要的功能，有時候是必需的。

虛擬探測是高速測試中的一個新方法，可以做得相當準確，但需要係統的S參數，這並不容易得到，可以通過一些仿真軟件提取。

參考資料
1. （美） LeCroy Corporation，Eye Doctor Operator''''s Manual，2007年1月
2. （美） Leo Wong
， Rambus公司
，如何解決高速背板的信號完整性問題，2006