為什么說信號完整性對于示波器來說是個問題

讓我們看一下當前數(shù)字設(shè)計中信號劣化的部分具體成因。為什么現(xiàn)在這些問題比過去幾年盛行得多了呢？

答案是速度。在“低速的舊時代”，保持可以接受的數(shù)字信號完整性只需注意細節(jié)就可以了，比如時鐘分配、信號路徑設(shè)計、噪聲余量、負荷影響、傳輸線效應、總線端接、解耦和配電。所有這些規(guī)則仍然適用，但是今天，總線周期時間比20年前快了100倍！過去需要幾微秒的事務(wù)處理現(xiàn)在只需要幾納秒。為實現(xiàn)這種改進，邊沿速度也已經(jīng)加快，其比20年前快了100倍。這一切還好。然而，某些實際物理狀況使得電路板技術(shù)不能跟上發(fā)展步伐。芯片間總線的傳播時間在過去幾十年中幾乎一直沒有變化。當然，其尺寸已經(jīng)縮小，但仍需要為C器件、連接器、無源器件、當然還有總線軌跡本身提供電路板空間。這些空間匯聚成距離，而距離則意味著時間，這正是速度的天敵。

必需指出的是，數(shù)字信號的邊沿速度上升時間承載的頻率成分可以高于其重復速率表明的頻率。基于這一原因某些設(shè)計人員故意尋求上升時間相對“較慢”的C器件。集總電路模型一直是預測電路中信號特點使用的大多數(shù)計算的依據(jù)。但是，在邊沿速度比信號路徑延遲快4-6倍時，簡單的集總模型將不再適用。

在使用邊沿速率不到4-6納秒的信號驅(qū)動時，不管周期速率是多少，長僅6英寸的電路板軌跡變成了傳輸線。事實上，其創(chuàng)建了新的信號路徑。這些無形連接并沒有畫在示意圖上，然而卻為信號提供了以不可預測的方式相互影響的手段。

有時候，即使是探頭/儀器組合引入的錯誤也可能會給被測信號帶來重大影響。但是，通過對實測值應用“平方和的均方根”公式，可以確定被測器件是否接近上升時間/下降時間故障。此外，最新的示波器工具采用專用濾波技術(shù)，反嵌測量系統(tǒng)對信號的影響，顯示邊沿時間及其它信號特點。同時，預計的信號路徑并沒有以預計的方式工作。地平面和電壓層（如上述信號軌跡）變成電感，工作方式類似于傳輸線，電源解耦的效果大大降低。EMI上升，因為邊沿速度越快，相對于總線長度產(chǎn)生的波長越短，串擾越高。此外，快速邊沿速度要求整體更高的生成電流。更高的電流一般會導致地電平彈跳，特別是在一次開關(guān)多個信號的寬總線上。而且，更高的電流會提高輻射的磁能量及串擾。

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這些特點有哪些共同點呢？它們都是典型的模擬現(xiàn)象。為解決信號完整性問題，數(shù)字設(shè)計人員需要步入模擬領(lǐng)域。為邁出這一步，他們需要工具能夠顯示數(shù)字信號和模擬信號怎樣相互影響。數(shù)字錯誤通常源于模擬信號完整性問題。為追蹤數(shù)字問題的成因，通常必需打開示波器，示波器可以顯示波形細節(jié)、邊沿和噪聲，可以檢測和顯示瞬態(tài)信號，可以幫助您精確地測量定時關(guān)系，如建立時間和保持時間。通過觸發(fā)并行或串行數(shù)據(jù)流中的具休碼型，顯示在時間上與指定事件對應的模擬信號，現(xiàn)代示波器可以幫助簡化調(diào)試過程。了解示波器內(nèi)部的每個系統(tǒng)及怎樣應用這些系統(tǒng)，有助于有效地應用示波器，處理具體的測量挑戰(zhàn)。

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