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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xinhaowanzhengxingshejizaichanpinkaifazhongyuelaiyueshoudaozhongshi，erxinhaowanzhengxingdeceshishouduanzhongleifanduo，youpinyu，yeyoushiyude

，haiyouyixiezonghexingdeshouduan，biruwumaceshi。zhexieshouduanbingfeirenheqingkuangxiadoushiheshiyong，doucunzaizheyangnayangdejuxianxing，heshixuanyong，keyizuodaoshibangongbei，bimianzouwanlu。benwenduigezhongceshishouduanjinxingjieshao，bingjieheshijiyingjiankaifahuodongshuomingruhexuanyong，zuihougeichuleyigeceshishili。

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1所(suo)示(shi)。表(biao)中(zhong)列(lie)出(chu)了(le)大(da)部(bu)分(fen)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)測(ce)試(shi)手(shou)段(duan)，這(zhe)些(xie)手(shou)段(duan)既(ji)有(you)優(you)點(dian)

，但(dan)是(shi)也(ye)存(cun)在(zai)局(ju)限(xian)性(xing)，實(shi)際(ji)上(shang)不(bu)可(ke)能(neng)全(quan)部(bu)都(dou)使(shi)用(yong)，下(xia)麵(mian)對(dui)這(zhe)些(xie)手(shou)段(duan)進(jin)行(xing)一(yi)些(xie)說(shuo)明(ming)。

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、bianyanshijiandengshifoumanzuqijianjiekoudianpingdeyaoqiu

，youmeiyoucunzaixinhaomaocideng。youyushiboqishijiweitongyongdeyiqi，jihusuoyoudeyingjiangongchengshidouhuishiyong
，danbingbubiaoshidajiadoushiyongdehao。boxingceshiyeyaozunxunyixieyaoqiu，cainenggoudedaozhunquedexinhao。

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MASK中(zhong)落(luo)入(ru)了(le)一(yi)些(xie)采(cai)樣(yang)點(dian)，在(zai)以(yi)前(qian)是(shi)不(bu)知(zhi)道(dao)哪(na)些(xie)情(qing)況(kuang)下(xia)落(luo)入(ru)的(de)

，因(yin)為(wei)所(suo)有(you)的(de)采(cai)樣(yang)點(dian)是(shi)累(lei)加(jia)進(jin)去(qu)的(de)，總(zong)的(de)效(xiao)果(guo)看(kan)起(qi)來(lai)就(jiu)象(xiang)是(shi)長(chang)餘(yu)暉(hui)顯(xian)示(shi)。而(er)新(xin)的(de)儀(yi)器(qi)
，利(li)用(yong)了(le)其(qi)長(chang)存(cun)儲(chu)的(de)優(you)勢(shi)
，將(jiang)波(bo)形(xing)采(cai)集(ji)進(jin)來(lai)後(hou)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)顯(xian)示(shi)，因(yin)此(ci)波(bo)形(xing)的(de)每(mei)一(yi)個(ge)細(xi)節(jie)都(dou)可(ke)以(yi)保(bao)留(liu)，因(yin)此(ci)它(ta)可(ke)以(yi)查(zha)看(kan)波(bo)形(xing)的(de)違(wei)規(gui)情(qing)況(kuang)，比(bi)如(ru)波(bo)形(xing)是(shi)000010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，來lai分fen析xi板ban卡ka上shang麵mian具ju體ti哪na一yi部bu分fen的de頻pin譜pu比bi較jiao高gao，從cong而er找zhao出chu超chao標biao的de根gen源yuan所suo在zai。不bu過guo這zhe些xie設she備bei相xiang對dui都dou比bi較jiao昂ang貴gui，中zhong小xiao公gong司si擁yong有you的de不bu多duo
，因yin此ci通tong常chang情qing況kuang下xia都dou是shi在zai設she計ji時shi仔zai細xi做zuo好hao匹pi配pei和he屏ping蔽bi，避bi免mian後hou麵mian測ce試shi時shi發fa現xian信xin號hao頻pin譜pu超chao標biao，因yin為wei後hou期qi發fa現xian了le問wen題ti，很hen多duo情qing況kuang下xia是shi很hen難nan定ding位wei的de。

7.頻域阻抗測試
現在很多標準接口，比如E1/T1deng，weilebimianyoutaiduodenengliangfanshe，douyaoqiubijiaohaodipipei，lingwaizaishepinhuozheweibo，xianghuduijie，duizukangtongchangdouyouyaoqiu。zhexieqingkuangxia
，douxuyaojinxingpinyudezukangceshi。zukangceshitongchangshiyongwangluofenxiyi，danduanduankouxiangduijiandan，duiyuchafenshurudeduankou
，keyishiyongBalun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(yu)PCB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
wumaceshishijishangshixitongceshi，liyongwumayi，shenzhishiyixieruanjiandoukezuo，birukeyitongguoliangtaidiannao，shiyongruanjian，ceshilianjieliangtaidiannaojiandewangluowumaqingkuang。wumaceshikeyiduishujudemeiyiweidoujinxingceshi
，zheshitadeyoudian，xiangbizhixiashiboqizhishibufenshijianjinxingcaiyang，henduoshijiandouzaidengdai
，yincilouguolehenduoxijie。diwumalvdeshebeidewumaceshihenhaofeishijian，youdeceshishijianshiyizhengtian，shenzhishishutian。

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。

lingwaishangmianzhongduodeyiqi
，henduodoukeyishixianduozhongceshi，birushiboqi，keyishixianboxingceshi，shixuceshi，yantuceshihedoudongceshideng
，wangluofenxiyikeyishixianpinyuzukangceshi、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

信xin號hao完wan整zheng性xing測ce試shi是shi信xin號hao完wan整zheng性xing設she計ji的de一yi個ge手shou段duan
，在zai實shi際ji應ying用yong中zhong還hai有you信xin號hao完wan整zheng性xing仿fang真zhen
，這zhe兩liang個ge手shou段duan結jie合he在zai一yi起qi，為wei硬ying件jian開kai發fa活huo動dong提ti供gong了le強qiang大da的de支zhi持chi。圖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、sulvdengshifoumanzuyaoqiu，huozheliyongshixiandedaodeqijianmoxing，jinxingfangzhen，kanjiekoudexinhaochuanshujulishifoumanzuyaoqiudeng。zaipingshiliyongceshishouduan，yekeyidedaoyixieqijiandemoxing，birudianlandechuanshumoxing
，zhezhongmoxingkeyiliyongzaifangzhenzhong
，dangzhexiemoxingjileibijiaoduo，yixiebufenceshi，baokuoshejiwanbihoudeyanzhengceshi，keyiyongfangzhenlaitidai
，zheduiyuxiaolvtigaohenyouhaochu
，yinweiyigeshejizhongdesuoyoudexinhaodouwanquanjinxingceshi，shibijiaokunnande，yeshihenhaofeishijiande。

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。

係(xi)統(tong)調(tiao)試(shi)以(yi)及(ji)驗(yan)證(zheng)測(ce)試(shi)階(jie)段(duan)，主(zhu)要(yao)是(shi)利(li)用(yong)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)測(ce)試(shi)手(shou)段(duan)，對(dui)設(she)計(ji)進(jin)行(xing)測(ce)試(shi)
，看(kan)是(shi)否(fou)設(she)計(ji)的(de)要(yao)求(qiu)。如(ru)果(guo)發(fa)現(xian)了(le)嚴(yan)重(zhong)問(wen)題(ti)
，就(jiu)要(yao)去(qu)解(jie)決(jue)，信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)的(de)測(ce)試(shi)和(he)仿(fang)真(zhen)手(shou)段(duan)都(dou)將(jiang)用(yong)來(lai)尋(xun)找(zhao)問(wen)題(ti)的(de)根(gen)源(yuan)，以(yi)及(ji)尋(xun)找(zhao)適(shi)合(he)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)上(shang)麵(mian)。

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。