中心議題：

• 信號完整性的測試手段
• 信號完整性仿真
• 信號完整性測試應用實例

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信xin號hao完wan整zheng性xing設she計ji在zai產chan品pin開kai發fa中zhong越yue來lai越yue受shou到dao重zhong視shi，而er信xin號hao完wan整zheng性xing的de測ce試shi手shou段duan種zhong類lei繁fan多duo，有you頻pin域yu，也ye有you時shi域yu的de，還hai有you一yi些xie綜zong合he性xing的de手shou段duan
，比bi如ru誤wu碼ma測ce試shi。這zhe些xie手shou段duan並bing非fei任ren何he情qing況kuang下xia都dou適shi合he使shi用yong
，都dou存cun在zai這zhe樣yang那na樣yang的de局ju限xian性xing，合he適shi選xuan用yong，可ke以yi做zuo到dao事shi半ban功gong倍bei，避bi免mian走zou彎wan路lu。本ben文wen對dui各ge種zhong測ce試shi手shou段duan進jin行xing介jie紹shao，並bing結jie合he實shi際ji硬ying件jian開kai發fa活huo動dong說shuo明ming如ru何he選xuan用yong，最zui後hou給gei出chu了le一yi個ge測ce試shi實shi例li。

信xin號hao完wan整zheng性xing的de測ce試shi手shou段duan很hen多duo
，涉she及ji的de儀yi器qi也ye很hen多duo
，因yin此ci熟shu悉xi各ge種zhong測ce試shi手shou段duan的de特te點dian，以yi及ji根gen據ju測ce試shi對dui象xiang的de特te性xing和he要yao求qiu，選xuan用yong適shi當dang的de測ce試shi手shou段duan，對dui於yu選xuan擇ze方fang案an、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

信號完整性的測試手段主要可以分為三大類，如表1suoshi。biaozhongliechuledabufenxinhaowanzhengxingceshishouduan，zhexieshouduanjiyouyoudian
，danshiyecunzaijuxianxing，shijishangbukenengquanbudoushiyong
，xiamianduizhexieshouduanjinxingyixieshuoming。

表1：信號完整性測試手段分類。

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bian沿yan時shi間jian等deng是shi否fou滿man足zu器qi件jian接jie口kou電dian平ping的de要yao求qiu，有you沒mei有you存cun在zai信xin號hao毛mao刺ci等deng。由you於yu示shi波bo器qi是shi極ji為wei通tong用yong的de儀yi器qi
，幾ji乎hu所suo有you的de硬ying件jian工gong程cheng師shi都dou會hui使shi用yong，但dan並bing不bu表biao示shi大da家jia都dou使shi用yong得de好hao。波bo形xing測ce試shi也ye要yao遵zun循xun一yi些xie要yao求qiu，才cai能neng夠gou得de到dao準zhun確que的de信xin號hao。

首先是要求主機和探頭一起組成的帶寬要足夠。基本上測試係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A公司的探頭插到B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

，如果條件限製放不到上麵去的
，比如BGA封裝的器件，可以放到最靠近管腳的PCB走線上或者過孔上麵。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。

最後，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，並且是直流耦合
，而對於某些電路，需要直流偏置
，直接將測試係統接入時會影響電路工作狀態
，從而測試不到正常的波形。
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2.眼圖測試
眼圖測試是常用的測試手段，特別是對於有規範要求的接口，比如E1/T1
、USB
、10/100BASE-T，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鍾提取功能
，可以顯示眼圖

，對於沒有MASKdeshiboqi
，keyishiyongwaijieshizhongjinxingchufa。shiyongyantuceshigongneng
，xuyaozhuyiceshiboxingdeshuliang
，tebieshiduiyupanduanjiekouyantushifoufuheguifanshi，shuliangguoshao，boxingdedoudongbijiaoxiao，yexuyouyixiaweiguideqingkuang，biruboxingjinruMASK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，測試波形數量不少於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MASKzhongluoruleyixiecaiyangdian
，zaiyiqianshibuzhidaonaxieqingkuangxialuorude，yinweisuoyoudecaiyangdianshileijiajinqude
，zongdexiaoguokanqilaijiuxiangshichangyuhuixianshi。erxindeyiqi，liyongleqichangcunchudeyoushi，jiangboxingcaijijinlaihoujinxingchulixianshi，yinciboxingdemeiyigexijiedoukeyibaoliu
，yincitakeyizhakanboxingdeweiguiqingkuang，biruboxingshi000010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
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TEK的TDSJIT3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。對於這種測試
，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。

4.TDR測試
TDR測試目前主要使用於PCB(印製電路板)信號線、以yi及ji器qi件jian阻zu抗kang的de測ce試shi，比bi如ru單dan端duan信xin號hao線xian
，差cha分fen信xin號hao線xian
，連lian接jie器qi等deng。這zhe種zhong測ce試shi有you一yi個ge要yao求qiu，就jiu是shi和he實shi際ji應ying用yong的de條tiao件jian相xiang結jie合he，比bi如ru實shi際ji該gai信xin號hao線xian的de信xin號hao上shang升sheng沿yan在zai300ps左右，那麼TDR的輸出脈衝信號的上升沿也要相應設置在300ps附近
，而不使用30ps左右的上升沿，否則測試結果可能和實際應用有比較大的差別。影響TDR測試精度有很多的原因
，主要有反射、校準、讀數選擇等

，反射會導致較短的PCB信號線測試值出現嚴重偏差，特別是在使用TIP(探針)去測試的情況下更為明顯，因為TIP和信號線接觸點會導致很大的阻抗不連續
，導致反射發生
，並導致附近三、四英寸左右範圍的PCB信號線的阻抗曲線起伏。

5.時序測試
現xian在zai器qi件jian的de工gong作zuo速su率lv越yue來lai越yue快kuai，時shi序xu容rong限xian越yue來lai越yue小xiao
，時shi序xu問wen題ti導dao致zhi產chan品pin不bu穩wen定ding是shi非fei常chang常chang見jian的de，因yin此ci時shi序xu測ce試shi是shi非fei常chang必bi要yao的de。測ce試shi時shi序xu通tong常chang需xu要yao多duo通tong道dao的de示shi波bo器qi和he多duo個ge探tan頭tou
，示shi波bo器qi的de邏luo輯ji觸chu發fa或huo者zhe碼ma型xing和he狀zhuang態tai觸chu發fa功gong能neng
，對dui於yu快kuai速su捕bu獲huo到dao需xu要yao的de波bo形xing，很hen有you幫bang助zhu，不bu過guo多duo個ge探tan頭tou在zai實shi際ji操cao作zuo中zhong，並bing不bu容rong易yi，又you要yao拿na探tan頭tou，又you要yao操cao作zuo示shi波bo器qi，那na個ge時shi候hou感gan覺jiao有you孫sun悟wu空kong的de三san頭tou六liu臂bi就jiu方fang便bian多duo了le。邏luo輯ji分fen析xi儀yi用yong做zuo時shi序xu測ce試shi並bing不bu多duo，因yin為wei它ta主zhu要yao作zuo用yong是shi分fen析xi碼ma型xing，也ye就jiu是shi分fen析xi信xin號hao線xian上shang跑pao的de是shi什shen麼me碼ma，和he代dai碼ma聯lian係xi在zai一yi起qi
，可ke以yi分fen析xi是shi哪na些xie指zhi令ling或huo者zhe數shu據ju。在zai對dui於yu要yao求qiu不bu高gao的de情qing況kuang下xia，可ke以yi用yong它ta來lai測ce試shi，它ta相xiang對dui示shi波bo器qi來lai說shuo
，優you勢shi就jiu是shi通tong道dao數shu多duo，但dan是shi它ta的de劣lie勢shi是shi探tan頭tou連lian接jie困kun難nan，除chu非fei設she計ji的de時shi候hou就jiu已yi經jing考kao慮lv了le連lian接jie問wen題ti
，否fou則ze飛fei線xian就jiu是shi唯wei一yi的de選xuan擇ze，如ru果guo信xin號hao線xian在zaiPCB的內層，幾乎很難做到。

6.頻譜測試
對於產品的開發前期，這種測試應用相對比較少

，但是對於後期的係統測試
，比如EMC測試，很多產品都需要測試。通過該測試發現某些頻點超標，然後可以使用近場掃描儀(其中關鍵的儀器是頻譜儀)，例如EMCSCANER，laifenxibankashangmianjutinayibufendepinpubijiaogao
，congerzhaochuchaobiaodegenyuansuozai。buguozhexieshebeixiangduidoubijiaoanggui

，zhongxiaogongsiyongyoudebuduo
，yincitongchangqingkuangxiadoushizaishejishizaixizuohaopipeihepingbi
，bimianhoumianceshishifaxianxinhaopinpuchaobiao，yinweihouqifaxianlewenti
，henduoqingkuangxiashihennandingweide。

7.頻域阻抗測試
現在很多標準接口
，比如E1/T1等deng，為wei了le避bi免mian有you太tai多duo的de能neng量liang反fan射she，都dou要yao求qiu比bi較jiao好hao地di匹pi配pei
，另ling外wai在zai射she頻pin或huo者zhe微wei波bo


，相xiang互hu對dui接jie

，對dui阻zu抗kang通tong常chang都dou有you要yao求qiu。這zhe些xie情qing況kuang下xia，都dou需xu要yao進jin行xing頻pin域yu的de阻zu抗kang測ce試shi。阻zu抗kang測ce試shi通tong常chang使shi用yong網wang絡luo分fen析xi儀yi，單dan端duan端duan口kou相xiang對dui簡jian單dan，對dui於yu差cha分fen輸shu入ru的de端duan口kou，可ke以yi使shi用yongBalun進行差分和單端轉換。

傳輸損耗測試，對於長的PCB走zou線xian

，或huo者zhe電dian纜lan等deng，在zai傳chuan輸shu距ju離li比bi較jiao遠yuan，或huo者zhe傳chuan輸shu信xin號hao速su率lv非fei常chang高gao的de情qing況kuang下xia
，還hai有you頻pin域yu的de串chuan擾rao等deng，都dou可ke以yi使shi用yong網wang絡luo分fen析xi儀yi來lai測ce試shi。同tong樣yang的de，對dui於yuPCB差分信號或者雙絞線，也可是使用Balun進行差分到單端轉換
，或者使用4端口網絡分析來測試。多端口網絡分析儀的校準，使用電子校準件可以大大提高校準的效率。

8.誤碼測試
誤wu碼ma測ce試shi實shi際ji上shang是shi係xi統tong測ce試shi，利li用yong誤wu碼ma儀yi，甚shen至zhi是shi一yi些xie軟ruan件jian都dou可ke做zuo
，比bi如ru可ke以yi通tong過guo兩liang台tai電dian腦nao，使shi用yong軟ruan件jian，測ce試shi連lian接jie兩liang台tai電dian腦nao間jian的de網wang絡luo誤wu碼ma情qing況kuang。誤wu碼ma測ce試shi可ke以yi對dui數shu據ju的de每mei一yi位wei都dou進jin行xing測ce試shi，這zhe是shi它ta的de優you點dian，相xiang比bi之zhi下xia示shi波bo器qi隻zhi是shi部bu分fen時shi間jian進jin行xing采cai樣yang，很hen多duo時shi間jian都dou在zai等deng待dai，因yin此ci漏lou過guo了le很hen多duo細xi節jie。低di誤wu碼ma率lv的de設she備bei的de誤wu碼ma測ce試shi很hen耗hao費fei時shi間jian
，有you的de測ce試shi時shi間jian是shi一yi整zheng天tian，甚shen至zhi是shi數shu天tian。

實(shi)際(ji)中(zhong)如(ru)何(he)選(xuan)用(yong)這(zhe)上(shang)述(shu)測(ce)試(shi)手(shou)段(duan)，需(xu)要(yao)根(gen)據(ju)被(bei)測(ce)試(shi)對(dui)象(xiang)進(jin)行(xing)具(ju)體(ti)分(fen)析(xi)，不(bu)同(tong)的(de)情(qing)況(kuang)需(xu)要(yao)不(bu)同(tong)的(de)測(ce)試(shi)手(shou)段(duan)。比(bi)如(ru)有(you)標(biao)準(zhun)接(jie)口(kou)的(de)，就(jiu)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)眼(yan)圖(tu)測(ce)試(shi)、阻抗測試和誤碼測試等
，對於普通硬件電路，可以使用波形測試
、時序測試，設計中有高速信號線，還可以使用TDR測試。對於時鍾、高速串行信號
，還可以抖動測試等。

另ling外wai上shang麵mian眾zhong多duo的de儀yi器qi，很hen多duo都dou可ke以yi實shi現xian多duo種zhong測ce試shi，比bi如ru示shi波bo器qi，可ke以yi實shi現xian波bo形xing測ce試shi，時shi序xu測ce試shi，眼yan圖tu測ce試shi和he抖dou動dong測ce試shi等deng，網wang絡luo分fen析xi儀yi可ke以yi實shi現xian頻pin域yu阻zu抗kang測ce試shi、傳輸損耗測試等
，因此靈活應用儀器也是提高測試效率，發現設計中存在問題的關鍵。
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信號完整性仿真

xinhaowanzhengxingceshishixinhaowanzhengxingshejideyigeshouduan
，zaishijiyingyongzhonghaiyouxinhaowanzhengxingfangzhen，zhelianggeshouduanjiehezaiyiqi
，weiyingjiankaifahuodongtigongleqiangdadezhichi。tu1是目前比較常見的硬件開發過程。

圖1：常見的硬件設計流程。

在zai需xu求qiu分fen析xi和he方fang案an選xuan擇ze階jie段duan，就jiu可ke以yi應ying用yong一yi些xie信xin號hao完wan整zheng性xing測ce試shi手shou段duan和he仿fang真zhen手shou段duan來lai分fen析xi可ke行xing性xing，或huo者zhe判pan斷duan哪na種zhong方fang案an優you勝sheng，比bi如ru測ce試shi一yi些xie關guan鍵jian芯xin片pian的de評ping估gu板ban，看kan看kan信xin號hao的de電dian平ping、速su率lv等deng是shi否fou滿man足zu要yao求qiu，或huo者zhe利li用yong事shi先xian得de到dao的de器qi件jian模mo型xing

，進jin行xing仿fang真zhen，看kan接jie口kou的de信xin號hao傳chuan輸shu距ju離li是shi否fou滿man足zu要yao求qiu等deng。在zai平ping時shi利li用yong測ce試shi手shou段duan，也ye可ke以yi得de到dao一yi些xie器qi件jian的de模mo型xing
，比bi如ru電dian纜lan的de傳chuan輸shu模mo型xing，這zhe種zhong模mo型xing可ke以yi利li用yong在zai仿fang真zhen中zhong，當dang這zhe些xie模mo型xing積ji累lei比bi較jiao多duo

，一yi些xie部bu分fen測ce試shi，包bao括kuo設she計ji完wan畢bi後hou的de驗yan證zheng測ce試shi
，可ke以yi用yong仿fang真zhen來lai替ti代dai，這zhe對dui於yu效xiao率lv提ti高gao很hen有you好hao處chu，因yin為wei一yi個ge設she計ji中zhong的de所suo有you的de信xin號hao都dou完wan全quan進jin行xing測ce試shi，是shi比bi較jiao困kun難nan的de
，也ye是shi很hen耗hao費fei時shi間jian的de。

在設計階段，通常是使用仿真手段
，對具體問題進行分析，比如負載的個數，PCB信號線的拓撲結構，並根據仿真結果對設計進行調整，以便將大多數的信號完整性問題解決在設計階段。

xitongtiaoshiyijiyanzhengceshijieduan，zhuyaoshiliyongxinhaowanzhengxingceshishouduan


，duishejijinxingceshi，kanshifoushejideyaoqiu。ruguofaxianleyanzhongwenti，jiuyaoqujiejue，xinhaowanzhengxingdeceshihefangzhenshouduandoujiangyonglaixunzhaowentidegenyuan
，yijixunzhaoshihedejiejuefanganshangmian。

信號完整性測試和信號完整性仿真緊密結合，是信號完整性設計的基本要求。

應用實例

某種進口電纜A在(zai)公(gong)司(si)的(de)各(ge)個(ge)產(chan)品(pin)中(zhong)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)
，由(you)於(yu)是(shi)獨(du)家(jia)供(gong)應(ying)商(shang)
，多(duo)年(nian)價(jia)格(ge)一(yi)直(zhi)沒(mei)有(you)下(xia)降(jiang)過(guo)，在(zai)通(tong)信(xin)產(chan)品(pin)的(de)價(jia)格(ge)逐(zhu)年(nian)大(da)幅(fu)度(du)地(di)下(xia)降(jiang)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，是(shi)不(bu)大(da)正(zheng)常(chang)的(de)
，這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)需(xu)要(yao)尋(xun)找(zhao)替(ti)代(dai)的(de)供(gong)應(ying)商(shang)，由(you)於(yu)涉(she)及(ji)的(de)產(chan)品(pin)眾(zhong)多(duo)，並(bing)且(qie)產(chan)品(pin)在(zai)網(wang)絡(luo)中(zhong)的(de)地(di)位(wei)很(hen)高(gao)，替(ti)代(dai)就(jiu)顯(xian)得(de)非(fei)常(chang)謹(jin)慎(shen)
，因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)多(duo)方(fang)麵(mian)測(ce)試(shi)驗(yan)證(zheng)
，才(cai)能(neng)夠(gou)決(jue)定(ding)能(neng)否(fou)替(ti)代(dai)。

根據規格需求，找到擬用來替代的國產電纜B，根據這種情況，設計多種測試進行驗證兩種電纜的效果：1.頻域測試：測試兩種電纜的傳輸損耗、反射

、串擾等
；2.時域測試：測試兩種電纜的眼圖測試、波形測試等；3.仿真：利用仿真軟件，仿真眼圖傳輸情況；4.其他測試：呼叫測試(係統測試的一種
，模擬實際應用的性能)。圖2、3和4是部分的測試結果。

圖2：兩種電纜的差分傳輸損耗(上)和差分近端串擾(下)。

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圖3：仿真傳輸眼圖(上：電纜A
，下：電纜B)。

從圖2可以看到，兩種電纜的差分傳輸損耗差不多，而電纜A得近端串擾則相對比較大。圖3使用了仿真軟件，仿真20米長的電纜，傳輸40Mbps信號的眼圖情況
，仿真使用的電纜模型是利用上麵頻域測試得到的模型，通過仿真可以看到電纜B的眼圖比電纜A的眼圖要好
，不論眼高還是眼圖抖動。

圖4：實際應用測試(上：電纜A，下：電纜B)。

圖4是實際應用的眼圖情況


，很明顯電纜B的眼圖要比電纜A的眼圖要好
，和前麵的仿真結果比較吻合
，不過電纜A的實際反射比較大一點，這和仿真使用驅動器件的模型有關。

綜合其他測試的結果，最後結論認為擬用來替代的國產電纜B，性能優於進口電纜電纜A
，因此完全可以替代。這個替代，將給公司帶來每年數百萬元的成本下降。