信号完整性测试

2021/1/251高速信号完整性测试和验证技术2021/1/252内容信号完整性测试内容高速电路中的常见问题和测试技巧衡量高速信号质量的重要手段和方法：眼图和抖动测试与分析高速互连的阻抗测试与分析2021/1/253内容信号完整性测试内容–测试对于信号完整性设计的重要性–阻抗的测试–波形的测试–时序的测试–电源完整性的测试–S参数或SPICE模型的建模工作–均衡和预加重–误码率的测试–案例分析高速电路常见测试问题和调试技巧衡量高速信号质量的重要手段和方法：眼图和抖动测试与分析高速互连的阻抗测试与分析2021/1/254客户调查：您需要哪一项测试？+-Rcv+-Rcv+-Rcvpath+-+-path+-+-path+-+-TestpointTx+-Tx+-Tx+-TestpointTestpointTx+InterconnectTx+-Txoutputpath+-+-path+-+-path+-+-TestpointTestpointTestpointTestpointTestpointTestpointInterconnect(byitself)1234SystemtestTestpoints(functionalcheck;debug)2021/1/255信号完整性内容波形完整性（Waveformintegrity）时序完整性（Timingintegrity）电源完整性（Powerintegrity）信号完整性分析的目的就是用最小的成本，最快的时间使产品达到波形完整性、时序完整性、电源完整性的要求。2021/1/256测试能帮我们做些什么？验证–验证我们的硬件设计是否符合设计要求–验证我们的信号质量是否达到设计要求：波形，时序，电源–验证仿真结果和实测结果的一致性：波形，时序，电源–验证模型的准确性调试–调试的目的：发现问题，解决问题–问题是否是硬件设计的问题？–问题是否是器件的原因：驱动能力？模型？–问题是否是布局布线的问题：拓扑？端接？阻抗？走线长度？串扰？2021/1/257信号完整性在硬件不同阶段的工作需求分析、方案选择（define）原理图设计阶段（schdesign）PCB设计阶段（cadsi）调试、问题解决阶段（debug）SI测试SI仿真SI仿真SI仿真SI测试SI仿真2021/1/258阻抗测试阻抗不连续带来的问题–反射问题–波形质量问题–时序问题阻抗测试的目的–验证PCB走线阻抗控制–验证CABLE阻抗控制–查找阻抗不连续点（阻抗突变、断路、短路）2021/1/259波形测试幅度、上升时间、下降时间、频率、周期、单调性、噪声、上冲下冲、振铃等等毛刺、矮波、宽度等抖动测试、眼图测试2021/1/2510波形测试——模板测试2021/1/2511时序测试时序测试的内容：–建立时间、保持时间测试–走线长度测试–抖动测试时序不满足带来的问题–建立时间和保持时间违规会带来数据读取上的问题比如误码等–毛刺2021/1/2512建立/保持时间数据输出时钟数据时钟输出DCKQ2021/1/2513违反建立时间数据时钟输出DCKQ数据输出时钟建立保持?2021/1/2514PI问题：引起的原因电源分配系统设计主要包括电压调整模块、去耦电容和电源/地平面三方面的设计。设计不当产生的后果是同步切换噪声（SSN），也被称为同步切换输出（SSO）或电源/地弹噪声，主要是由封装和插座电感而引起的。2021/1/2515PI问题：测试测试工具：示波器，50欧姆同轴电缆，50欧姆可焊接电缆，隔直板选择AC耦合，50欧姆输入阻抗测试全频段的噪声，之后选择1M欧姆输入阻抗测试低频段噪声。同时通过FFT变换，知道频谱分布。2021/1/2516链路建模的两种方法：仿真和测试目前常用的高速电路仿真软件–ANSOFT–HSPICE–CADENCE建立在模型的基础上–器件厂家提供的IBIS模型/SPICE模型/S参数等–自己建模得到的链路模型如过孔/传输线模型等优点节约硬件成本：可以在设计前进行仿真分析降低设计风险灵活：不同走线长度，不同速率，不同环境情况下的分析缺点受到模型准确度的限制，特别是链路模型的精度不能真实反应信号真实运行环境2021/1/2517链路建模的两种方法：仿真和测试目前常用的高速测试仪器–信号波形质量：实时示波器DPO70K/采样示波器DSA8200–信号时序关系：逻辑分析仪TLA5K/TLA7K–频域测试：采样示波器DSA8200/实时频谱仪建立在实际环境的基础上–依赖于仪器/测试方法/测试环境优点真实反应信号真实运行环境，最真实的结果没有模型精度的限制缺点硬件成本高：必须在单板加工完成/器件贴装后才能进行设计风险高：如设计有问题，有可能浪费我们研发时间和人力物力不灵活：只能在特定的走线长度，速率，特定的环境情况下进行测试2021/1/2518当前高速芯片接收端都使用了均衡在发送端是一个“OPEN”的眼睛在接收端是一个“CLOSE”的眼睛怎么去测试这个眼图？path+-+-Tx+-path+-+-path+-+-+-RcvEQUALIZER但是如果我在这点进行测试……我发现眼图是闭合的我不想在这点去测试信号，因为我想知道通道对信号的影响2021/1/2519均衡和预加重的测试软件实现均衡:张开眼图进行显示(示波器作为接收端)让设计人员看到接收端内部的信号波形情况我们可以使用80SJNB软件分析均衡后的信号针对已知PRBS码型自动获得Taps值2021/1/2520抖动、眼图和浴盆曲线2021/1/2521抖动、噪声和误码原因分析信号损伤主要是抖动链路的BER只受到抖动影响–抖动分离可以查看根本原因–准确的BER推断和浴缸曲线信号损伤主要是噪声有时引起BER的原因主要是噪声–抖动分离对了解BER性能根本原因的作用非常小抖动和噪声同时造成信号损伤通常情况下同时受到抖动和噪声的影响–抖动分离只能解决部分问题2021/1/2522更完整/更准确地分析BER=无界=有界噪声分离随机噪声(RN)确定性噪声(DN)周期性噪声(PN)数据相关噪声(DDN)总噪声(TN)抖动分离总抖动(TJ)占空经抖动(DCD)数据相关抖动(DDJ)周期性抖动(PJ)确定性抖动(DJ)随机抖动(RJ)误码率(BER)更准确地推断眼图轮廓和BER2021/1/2523包含抖动、噪声，BER的三维“浴盆曲线”包含了抖动、噪声、误码率的三维“浴盆曲线”更加准确的描述出了误码率的根源，同时能更加准确的预测出误码率2021/1/2524SI引起的现象和根源2021/1/2525串扰引起的现象和根源2021/1/2526波形的测试－－单调性测试2021/1/2527波形的测试－－地弹2021/1/2528波形的测试——反射2021/1/2529眼图测试——噪声2021/1/2530眼图测试——抖动2021/1/2531茶歇和Q/A2021/1/2532高精度信号完整性基础2021/1/2533内容信号完整性内容高精度信号完整性测试基础–信号保真度–信号完整性测试的关键指标–流行的信号完整性测试设备高速电路常见问题和调试技巧衡量高速信号质量的重要手段和方法：眼图和抖动测试与分析高速互联的阻抗测试和分析2021/1/2534信号完整性测试的基础——信号保真度2021/1/2535信号完整性测试的工具2021/1/2536信号完整性的基本分析方法2021/1/2537高速信号完整性测试的准备需要了解的背景知识–信号完整性的概念和内容–常见的信号完整性问题的现象、原因–常见的信号完整性问题解决方法–对软件仿真、硬件设计、PCB设计测试的了解信号完整性测试内容–测试的目的——发现问题、解决问题–问题是否是硬件设计问题–问题是否是器件原因——驱动能力、模型？–问题是否是布局布线问题？拓扑、端接、阻抗、走线长度、串扰？2021/1/2538了解您的信号特性被测信号类型–串行/并行总线？–差分还是单端–上升时间（速度）–频率–时钟选择测试仪器的关键指标–探头影响–带宽和上升时间–采样模式–时钟恢复–时间精度2021/1/2539没有探头及仪表有探头及仪表Gain=-RCREf0=12RCCCGain=-(RC||RP)REf0=2(RC||RP)(CC+CP)1NOTE:VCC为交流对地DUTVCCCCRC探头及仪表RPCPREVIN探头如何影响测量测量系统2021/1/2540你的电路是这辆车，货物是探头负载太重的探头负载会让信号不能正常工作！2021/1/2541探头的选择——等效负载举例一个CMOS逻辑器件驱动了七个门，连接了一个10X衰减探头后有什么后果？CMOS电路，24pf/Load，3fp/Gate差分信号传输过程会受到探头负载影响2021/1/2542探头的选择——等效负载举例2021/1/2543探头输入阻抗对信号传输的影响Frequency100M10M1M100k10k1k1001011001k10k100k1M10M100M1G10GInputImpedanceZo0.15pF/500Active1.0pF/1M1XPassive100pF/1M10XPassive10pF/10M10XPassiveprobeloadinggoesto159at100MHz2021/1/2544典型的高速探头2021/1/2545基于示波器的信号完整性测试观察信号的有无，大致是否和期望相符定量分析信号的特性，测量幅度、频率、上升时间、下降时间、脉冲宽度、脉冲个数、过冲等……观测电路是否有偶发故障，并分析其重复性，研究其成因信号完整性测试，是否有噪声、过冲、振铃、非单调、抖动等特性射频信号频谱、调制分析捕获信号，研究其和一些标准（自定义的或者标准化组织制订的）的对应情况，得到规范的测试报告–PCIE、SATA、Ethernet、USB……使用示波器采集和存储信号，并用其它自定义方法分析电流－电压和瞬态功率测量测试系统的组成部分……2021/1/2546示波器的几个角色最通用的调试工具–发现问题–定位问题–分析问题–解决问题一致性验证工具–采集数据–按照标准分析；得出与标准的符合情况–构建基于示波器的专用测试系统数据采集器–采集数据后分析处理–宽带射频接收机观察信号的有无，大致是否和期望相符定量分析信号的特性，测量幅度、频率、上升时间、下降时间、脉冲宽度、脉冲个数、过冲等……观测电路是否有偶发故障，并分析其重复性，研究其成因信号完整性测试，是否有噪声、过冲、振铃、非单调、抖动等特性射频信号频谱、调制分析捕获信号，研究其和一些标准（自定义的或者标准化组织制订的）的对应情况，得到规范的测试报告使用示波器采集和存储信号，并用其它自定义方法分析电流－电压和瞬态功率测量测试系统的组成部分2021/1/2547示波器的关键指标带宽和上升时间–探头带宽选择高采样率下的长存储波形捕获率–每秒钟捕获多少个波形？–发现未知问题的概率示波器的高级触发–定位特定故障的能力–定位关键分析波形的能力–故障搜索能力–针对总线标准的分析–高精度定时和抖动分析波形显示想看看不到–有没有故障？–有故障，是何种故障，在哪里？–故障的重复性怎样？看到抓不到–边沿触发？能力太弱–高级触发？功能不足，或是性能太低–偶尔碰运气抓到一次，下一次呢？抓到测不准–示波器测试能力有限–示波器分析能力不足拿来不会用–裸体示波器–示波器调试能力不了解–没有时间查看厚厚的使用手册2021/1/2548示波器的带宽（模拟带宽）0dB6divat50kHz-3dB4.2divatbandwidthV0.707V,fBW2021/1/2549带宽对测试结果的影响2021/1/2550带宽和谐波2021/1/2551示波器的带宽—影响转换时间(Transition-time)的测量值–低通滤波器(一阶)的效应(带宽