信號(hào)完整性測(cè)試概述

功能單元測(cè)試測(cè)試中非常重要的一項(xiàng)是信號(hào)完整性測(cè)試，特別是對(duì)于高速信號(hào)，信號(hào)完整性測(cè)試尤為關(guān)鍵。

完整性的測(cè)試手段種類(lèi)繁多，有頻域，也有時(shí)域的，還有一些綜合性的手段，比如誤碼測(cè)試。不管是哪一種測(cè)試手段，都存在這樣那樣的局限性，它們都只是針對(duì)某些特定的場(chǎng)景或者應(yīng)用而使用。只有選擇合適測(cè)試方法，才可以更好地評(píng)估產(chǎn)品特性。下面是常用的一些測(cè)試方法和使用的儀器。

（1）波形測(cè)試

使用示波器進(jìn)行波形測(cè)試，這是信號(hào)完整性測(cè)試中最常用的評(píng)估方法。主要測(cè)試波形幅度、邊沿和毛刺等，通過(guò)測(cè)試波形的參數(shù)，可以看出幅度、邊沿時(shí)間等是否滿(mǎn)足器件接口電平的要求，有沒(méi)有存在信號(hào)毛刺等。波形測(cè)試也要遵循一些要求，比如選擇合適的示波器、測(cè)試探頭以及制作好測(cè)試附件，才能夠得到準(zhǔn)確的信號(hào)。圖7.7是DDR在不同端接電阻下的波形。

圖7.7DDR在不同端接電阻下的波形

常見(jiàn)的示波器廠商有是德科技、泰克、力科、羅德與施瓦茨、鼎陽(yáng)等等。

（2）時(shí)序測(cè)試

現(xiàn)在器件的工作速率越來(lái)越快，時(shí)序容限越來(lái)越小，時(shí)序問(wèn)題導(dǎo)致產(chǎn)品不穩(wěn)定是非常常見(jiàn)的，因此時(shí)序測(cè)試是非常必要的。一般，信號(hào)的時(shí)序測(cè)試是測(cè)量建立時(shí)間和保持時(shí)間，也有的時(shí)候測(cè)試不同信號(hào)網(wǎng)絡(luò)之間的偏移，或者測(cè)量不同電源網(wǎng)絡(luò)的上電時(shí)序。測(cè)試時(shí)序基本都是采用的示波器測(cè)試，通常需要至少兩通道的示波器和兩個(gè)示波器探頭（或者同軸線(xiàn)纜）。圖7.8是測(cè)量的就是保持時(shí)間：

圖7.8保持時(shí)間測(cè)試

（3）眼圖測(cè)試

眼圖測(cè)試是常用的測(cè)試手段，特別是對(duì)于有規(guī)范要求的接口，比如USB、Ethernet、PCIE、HDMI和光接口等。測(cè)試眼圖的設(shè)備主要是實(shí)時(shí)示波器或者采樣示波器。一般在示波器中配合以眼圖模板就可以判斷設(shè)計(jì)是否滿(mǎn)足具體總線(xiàn)的要求。圖7.9就是示波器測(cè)試的一個(gè)眼圖：

圖7.9示波器測(cè)試眼圖

4）抖動(dòng)測(cè)試

抖動(dòng)測(cè)試現(xiàn)在越來(lái)越受到重視，常見(jiàn)的都是采用示波器上的軟件進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試，如是德科技示波器上的EZJIT。通過(guò)軟件處理，分離出各個(gè)分量，比如總體抖動(dòng)（TJ）、隨機(jī)抖動(dòng)（RJ）和固有抖動(dòng)（DJ）以及固有抖動(dòng)中的各個(gè)分量。對(duì)于這種測(cè)試，選擇的示波器，長(zhǎng)存儲(chǔ)和高速采樣是必要條件，比如2M以上的存儲(chǔ)器，20GSa/s的采樣速率。不過(guò)目前抖動(dòng)測(cè)試，各個(gè)公司的解決方案得到結(jié)果還有相當(dāng)差異，還沒(méi)有哪個(gè)是權(quán)威或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。圖7.10是使用是德科技的分析軟件測(cè)量的抖動(dòng)：

圖7.10抖動(dòng)測(cè)試

5）阻抗（TDR）測(cè)試

阻抗測(cè)試主要是針對(duì)PCB(印制電路板)信號(hào)線(xiàn)、線(xiàn)纜、連接器和各類(lèi)器件阻抗的測(cè)試。不管是高速信號(hào)還是高頻信號(hào)，都希望傳輸路徑都均勻變化的，所以基本上都要求進(jìn)行阻抗測(cè)試。一般情況，都是采用專(zhuān)用采樣示波器進(jìn)行阻抗的測(cè)試。但是采樣示波器測(cè)試阻抗時(shí)，容易被靜電損壞，所以對(duì)使用環(huán)境要求很高?，F(xiàn)在很多公司都采用的是帶阻抗測(cè)試功能的網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行阻抗測(cè)試。這樣就可以在同一臺(tái)測(cè)試儀器上進(jìn)行時(shí)域阻抗和頻域損耗的測(cè)試。阻抗測(cè)試波形如圖7.11所示。

圖7.11阻抗測(cè)試

6）頻域測(cè)試

這里所說(shuō)的頻域測(cè)試一般只測(cè)試損耗測(cè)試、串?dāng)_測(cè)試等等。損耗的類(lèi)型一般是指插入損耗、回波損耗。對(duì)于很多串行總線(xiàn)都會(huì)有一些針對(duì)損耗的具體要求，圖7.12是USB3.0線(xiàn)纜的對(duì)插入損耗的要求：

圖7.12USB線(xiàn)纜的插入損耗要求

對(duì)于PCB走線(xiàn)、連接器或者電纜等，都可以使用網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)測(cè)試其頻域參數(shù)。圖7.13就是對(duì)PCB進(jìn)行插入損耗測(cè)試的結(jié)果：

圖7.13插入損耗測(cè)試結(jié)果

7）誤碼測(cè)試

工程師設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，都希望不存在任何問(wèn)題，希望產(chǎn)品能在正常使用時(shí)可以持續(xù)不斷的使用，而不是時(shí)不時(shí)的重啟或傳輸?shù)男盘?hào)是錯(cuò)誤的。誤碼率測(cè)試就是給定一定的碼流，再測(cè)試接收到的碼流的正確率。誤碼測(cè)試是系統(tǒng)測(cè)試，可以是硬件測(cè)試，也可以是軟件測(cè)試。一般，對(duì)于有條件的公司，都建議使用硬件測(cè)試，就是采用專(zhuān)業(yè)的誤碼儀進(jìn)行測(cè)試。圖7.14為是德科技的誤碼測(cè)試儀。

圖7.14誤碼測(cè)試儀

信號(hào)完整性測(cè)試并不是只有這些，其實(shí)還包括了一些比如輻射頻譜測(cè)試、頻域阻抗測(cè)試、效率測(cè)試等等。實(shí)際中如何選用這上述測(cè)試手段，需要根據(jù)被測(cè)試對(duì)象進(jìn)行具體分析，不同的情況需要不同的測(cè)試手段。比如有標(biāo)準(zhǔn)接口的，就可以使用眼圖測(cè)試、阻抗測(cè)試和誤碼測(cè)試等，對(duì)于普通硬件電路，可以使用波形測(cè)試、時(shí)序測(cè)試，設(shè)計(jì)中有高速信號(hào)線(xiàn)，還可以使用TDR測(cè)試。對(duì)于時(shí)鐘、高速串行信號(hào)，還可以抖動(dòng)測(cè)試等。

另外隨著技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的儀器趨向于功能多樣化，比如示波器不僅僅可以測(cè)試信號(hào)的波形質(zhì)量、時(shí)序和眼圖，還可以測(cè)試頻譜圖；網(wǎng)絡(luò)分析儀不僅僅可以測(cè)試插入損耗、回波損耗、串?dāng)_等頻域曲線(xiàn)，還可以測(cè)量時(shí)域阻抗。工程師們?cè)谑褂脙x器時(shí)，可以多研究下測(cè)試對(duì)象以及儀器。盡可能的在節(jié)約成本的情況下，還能高效有質(zhì)量的完成測(cè)試要求。

審核編輯：湯梓紅