LeCroy新一代高速信号完整性分析工具Eye-DoctorII技术研讨会

力科最新专业高速信号调试工具眼图医生II美国力科上海代表处胡为东[e-mail]30GHZ带宽实时示波器2Agenda☆高速信号测试和调试中常见问题分析☆专业高速信号完整性分析工具--力科眼图医生（EyeDoctorII）※力科眼图医生软件的主要功能及分析能力※力科眼图医生预加重和去加重分析模块※力科眼图医生的去嵌和通道仿真模块※力科眼图医生的均衡仿真模块①CTLE均衡②FFE均衡③DFE均衡☆力科眼图医生的高级功能模式☆力科眼图医生的优势分析及通道仿真案例LeCroyconfidential20103Gbps以上高速信号测试常见问题芯片管脚问题：眼图不好，覆盖了模板问题：总体抖动太大，抖动种类太多改善电源滤波改善125M时钟此时系统工作可能已经很不稳定解决办法：改善电路设计4当信号速率进一步提高，仅改善电路并不能完全改善信号眼图：接收端芯片管脚发送端芯片管脚当信号速率进一步提高后，发送端芯片通常会具备预加重功能，通过预加重调节，进一步优化接收端信号的眼图。5当信号更高时，通常达到5Gbps以上时，改善电路和使用预加重还不能完全改善眼图：发送端芯片管脚接收端芯片管脚问题：接收端眼图已经闭合但是系统工作仍旧正常原因是接收端芯片采用了均衡技术需要看到经过均衡后的信号眼图6当信号更高时，通常达到5Gbps以上时：发送端芯片管脚接收端芯片管脚需要示波器具备均衡分析功能---力科(Lecroy)眼图医生EyedoctorII能够很好的满足此需求那么是否意味着在接收端芯片管脚处测试已没有意义？示波器此时的作用是什么呢？7在接收端芯片的均衡器补偿信号失真ＣＨＡＮＮＥＬReceiverTransmitterDFEDigitalAnalog+FFEThesignalcan’tbeobserved‘causeinachip24英寸长背板8AB无元器件硬件系统设计流程系统的主要功能框图系统内各功能模块的详细电气连接图包含完整电气功能的实际物理连接图按照PCB图纸加工成的实际印制电路板在印制电路板焊接相应的元器件并用示波器的测试仪器验证功能和信号质量9典型的高速背板系统ƒ需要考虑的一些关键问题：ƒ损耗,反射,串扰等ƒ整个互联系统的阻抗不连续性背板连接器Linecard的走线芯片封装芯片的寄生参数（端接电阻与负载电容)Linecard的过孔背板的走线背板的过孔线卡+背板+线卡10等效为如下模型：ＣＨＡＮＮＥＬReceiverTransmitter0246050403020100frequency(GHz)magnitude(dB).信道的频响背板发送端子卡芯片管脚接收端子卡芯片管脚用于描述背板信号通道的S参数曲线11四端口S参数测量的设置ƒ4端口网络可以是单端或差分的ƒ单端模式4端口S参数和2端口、1端口类似，只是S参数的数量多了些ƒ差分模式4端口S参数是将两个端口如1和3端口合并到一起作为差分端口，另外两个端口如2和4合并到一起作为另外一个差分端口，分别在各个差分端口注入共模信号和差模信号，得到两组2端口S参数合并到一起即为差分模式S参数4-portDUTPort1Port250Ω50ΩPort3Port450Ω50Ω⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡44434241243332312421222114131211SSSSSSSSSSSSSSSS1234高速背板：S11=V1‘/V1S12=V2/V1S13=V3/V1S14=V4/V112Lattice板24英寸传输线的S参数测量13怎样得到的S参数文件ƒ由测试仪器直接测量得到，优点是更接近实际情况，缺点是需要实际单板；如：ƒVNA（矢量网络分析仪）ƒWaveExpert（LecroyWE100G）withTDR/TDT（配有TDR模块的高性能采样示波器）ƒ电磁场或者CAD软件，优点是可以在PCB版图上直接抽取，为高速信号的预仿真分析提供了可能，缺点是会与实际情况有误差；如：ƒHFSSFieldSolveToolsƒSIWAVEƒADSSimulatorƒCadenceAllegroƒ上述工具创建的文件均为Touchstone文件。14从信号质量控制角度考虑，针对上述高速背板系统通常会在三个关键环节进行信号质量控制和分析ƒ1、子卡、背板的PCB版图已经完成（子卡指发送端子卡和接收端子卡，两者通常是同一块板子）ƒ2、子卡已经加工完成，背板的PCB版图已经完成但是尚未加工ƒ3、子卡和背板的PCB版图已经完成151、子卡、背板的PCB版图已经完成（子卡指发送端子卡和接收端子卡，两者通常是同一块板子）----软件仿真分析ƒ分析方法：ƒ完全通过软件仿真方法分析单板设计质量，如HSPICE软件；ƒ芯片厂家提供芯片的HSPICE模型；ƒ用相关的电磁场或者CAD软件提取单板上过孔及传输线等的S参数模型ƒ优点：ƒ目前只有图纸，还未做成实物，如果此阶段发现问题，则可以方便的修改调整设计，不会造成大量成本损失；而且必将大大缩短产品研发周期，节省时间；ƒ缺点：ƒ需要芯片厂家提供精确的HSPICE模型（有时候得到这样的精确模型比较困难）ƒ仿真软件所使用的信号源为理想信号源，未考虑子卡上的实际情况如串扰、反射等等，ƒ目前的高速仿真软件仿真速度比较慢，会大大影响调试效率16ＣＨＡＮＮＥＬReceiverTransmitter0246050403020100frequency(GHz)magnitude(dB).信道的频响背板发送端子卡芯片管脚接收端子卡芯片管脚用于描述背板信号通道的S参数曲线PCB：hspicemodelPCB：hspicemodelPCB：Sparamodel172、子卡已经加工完成，背板的PCB版图已经完成但是尚未加工---仿真加测试ƒ分析方法：ƒ使用示波器分析子卡输出的信号质量，此时通常需要设计一个简易的夹具以方便将高速信号从子卡上引到示波器上；ƒ用相关的电磁场或者CAD软件提取背板的传输线的S参数模型；ƒ设法将子卡输出的信号编成HSPICE可识别的源码格式，带入到HSPICE中进行仿真，从而得到经过背板以后的信号质量怎么样，从而评估背板的设计是否有问题，此过程也叫做“通道仿真（channelemulation）”。ƒ优点：可以将子卡输出的真实信号带入到仿真中，更接近实际情况；在背板生产之前进行评估，也同样会节省成本，背板加工通常会更加昂贵。ƒ缺点：ƒ子卡夹具会给信号本身带来额外的影响，使用仿真软件不易消除夹具的影响即我们后面将要介绍到的“去嵌”（De-embedding）的概念；ƒ需要将测量到的信号转换成仿真软件能够识别的格式，会比较麻烦，如果示波器能够将测试到的信号进行通道仿真，则会非常方便。ƒ而且目前的高速仿真软件仿真速度比较慢，会大大影响调试效率183、子卡和背板的PCB均已经加工完成—测试ƒ分析方法：使用示波器测试发送端、接收端各点的信号眼图。通过调节芯片发送端预加重、接收端均衡等来调节信号眼图质量。ƒ优点：完全是实际情况下分析信号质量，考虑了更多的实际因素ƒ缺点：ƒ如果芯片具有预加重和均衡功能，则每调节一次预加重和均衡，就需要测试一次，测试效率会降低很多。ƒ测试不到均衡后的信号PCIE2.0规范要求的各测试点：19综上所述，高速信号调试中可能遇到的主要问题有：ƒ1、当必须使用夹具时，如何消除夹具的影响---夹具反嵌ƒ2、当可以测试到发送端的信号时，如何仿真预测经过某一段传输线或者系统后（如高速背板）的信号质量---通道仿真ƒ3、如果接收端芯片带有均衡功能，怎样才能观察到均衡后的波形ƒ4、如果接收端芯片关键处眼图已经闭合，如何对眼图和抖动进行分析ƒ5、在测试过程中有没有更高效的办法可以更快的调节预加重和均衡至最优值力科最新高速信号调试工具眼图医生－EyeDoctorII20☆高速信号测试和调试中常见问题分析☆专业高速信号完整性分析工具--力科眼图医生（EyeDoctorII）※力科眼图医生软件的主要功能及分析能力※力科眼图医生预加重和去加重分析模块※力科眼图医生的去嵌和通道仿真模块※力科眼图医生的均衡仿真模块①CTLE均衡②FFE均衡③DFE均衡☆力科眼图医生的高级功能模式☆力科眼图医生的优势分析及通道仿真案例Agenda21ƒ力科早在2006年就率先推出了独特的专用信号完整性分析软件眼图医生Eyedoctorƒ2009年又推出最新一代专用信号完整性分析工具软件：第二代眼图医生EyedoctorII22EyeDoctorII的分析能力ƒEyeDoctorII是安装在力科示波器上的信号完整性分析软件包，主要可以满足如下应用：1.精确补偿测试中夹具的效应2.对串行数据链路通道响应的仿真3.对TX与RX进行预加重和均衡调节ƒ分析能力：ƒ夹具/电缆/信道的去嵌（De-Embedding）ƒ发送端预加重仿真（TransmitterEmphasisEmulation）ƒ通道响应仿真（ChannelResponseEmulation）ƒ接收端均衡仿真（ReceiverEqualizerEmulation）23EyeDoctorII流程图式的主用户界面ƒEyeDoctorII包括4个模块ƒSignalInput：信号输入ƒEmphasis：预加重/去加重ƒEmulate/De-Embed：信道仿真与去嵌ƒEqualizer：RX端均衡器勾上后就可以方便的观察到经过每一级处理后的信号波形，可以方便的对各级信号进行对比24☆高速信号测试和调试中常见问题分析☆专业高速信号完整性分析工具--力科眼图医生（EyeDoctorII）※力科眼图医生软件的主要功能及分析能力※力科眼图医生预加重和去加重分析模块※力科眼图医生的去嵌和通道仿真模块※力科眼图医生的均衡仿真模块①CTLE均衡②FFE均衡③DFE均衡☆力科眼图医生的高级功能模式☆力科眼图医生的优势分析及通道仿真案例Agenda25什么是加重（Emphasis）?在TX端的最简单的均衡26预加重vs.去加重ƒPre-Emphasis提升信号的高频部分，保持低频部分不变ƒDe-Emphasis衰减信号的低频部分，保持高频部分不变预加重去加重27TX的预加重/去加重仿真ƒAdd/RemoveEmphasisƒ“Pre”or“De”EmphasisEmulation未加重的信号眼图3.5dB去加重的信号眼图28EmphasisBlock-预加重/去加重ƒ允许加入或者消除“加重”ƒ在未加重信号上添加“加重”ƒ在已加重信号上去除“加重”ƒ支持预加重与去加重ƒ自定义模式中可以输入滤波器的系数添加预加重或者去加重消除预加重或者去加重29De-emphasis)(75.)1(25.)(nxnxny+−−=6dB去加重高电平－高电平：1x(-.25)+1x(.75)=0.5高电平－低电平：1x(-.25)+-1x(.75)=-1低电平－低电平：-1x(-.25)+-1x(.75)=-0.5低电平－高电平：-1x(-.25)+1x(.75)=130☆高速信号测试和调试中常见问题分析☆专业高速信号完整性分析工具--力科眼图医生（EyeDoctorII）※力科眼图医生软件的主要功能及分析能力※力科眼图医生预加重和去加重分析模块※力科眼图医生的去嵌和通道仿真模块※力科眼图医生的均衡仿真模块①CTLE均衡②FFE均衡③DFE均衡☆力科眼图医生的高级功能模式☆力科眼图医生的优势分析及通道仿真案例Agenda31Emulate/De-Embed-三种信道仿真与去嵌模式的原理框图TxFixtureScope(Input)OutputChannelTxFixtureScope(Input)OutputEmulatedChannelTxFixtureScope(Input)Output32什么是去嵌（De-embedding）?ƒDe-embedding让用户能看到没有夹具时波形（即补偿夹具的各种效应）ƒ夹具是由S参数文件来建模与定义去嵌前后的眼图比较发送端子卡33什么是通道仿真，WhatisChannelEmulation?ƒChannelemulati