信號完整性測試方法及使用儀器說明

功能單元測試測試中非常重要的一項是信號完整性測試，特別是對于高速信號，信號完整性測試尤為關鍵。

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

（1）波形測試

使用示波器進行波形測試，這是信號完整性測試中最常用的評估方法。主要測試波形幅度、邊沿和毛刺等，通過測試波形的參數(shù)，可以看出幅度、邊沿時間等是否滿足器件接口電平的要求，有沒有存在信號毛刺等。波形測試也要遵循一些要求，比如選擇合適的示波器、測試探頭以及制作好測試附件，才能夠得到準確的信號。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

常見的示波器廠商有是德科技、泰克、力科、羅德與施瓦茨、鼎陽等等。

（2）時序測試

現(xiàn)在器件的工作速率越來越快，時序容限越來越小，時序問題導致產品不穩(wěn)定是非常常見的，因此時序測試是非常必要的。一般，信號的時序測試是測量建立時間和保持時間，也有的時候測試不同信號網(wǎng)絡之間的偏移，或者測量不同電源網(wǎng)絡的上電時序。測試時序基本都是采用的示波器測試，通常需要至少兩通道的示波器和兩個示波器探頭（或者同軸線纜）。圖7.8是測量的就是保持時間：

圖7.8保持時間測試

（3）眼圖測試

眼圖測試是常用的測試手段，特別是對于有規(guī)范要求的接口，比如USB、Ethernet、PCIE、HDMI和光接口等。測試眼圖的設備主要是實時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計是否滿足具體總線的要求。圖7.9就是示波器測試的一個眼圖：

圖7.9示波器測試眼圖

4）抖動測試

抖動測試現(xiàn)在越來越受到重視，常見的都是采用示波器上的軟件進行抖動測試，如是德科技示波器上的EZJIT。通過軟件處理，分離出各個分量，比如總體抖動（TJ）、隨機抖動（RJ）和固有抖動（DJ）以及固有抖動中的各個分量。對于這種測試，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(yè)標準。圖7.10是使用是德科技的分析軟件測量的抖動：

圖7.10抖動測試

5）阻抗（TDR）測試

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

圖7.11阻抗測試

6）頻域測試

這里所說的頻域測試一般只測試損耗測試、串擾測試等等。損耗的類型一般是指插入損耗、回波損耗。對于很多串行總線都會有一些針對損耗的具體要求，圖7.12是USB3.0線纜的對插入損耗的要求：

圖7.12?USB線纜的插入損耗要求

對于PCB走線、連接器或者電纜等，都可以使用網(wǎng)絡分析儀來測試其頻域參數(shù)。圖7.13就是對PCB進行插入損耗測試的結果：

圖7.13插入損耗測試結果

7）誤碼測試

工程師設計產品時，都希望不存在任何問題，希望產品能在正常使用時可以持續(xù)不斷的使用，而不是時不時的重啟或傳輸?shù)男盘柺清e誤的。誤碼率測試就是給定一定的碼流，再測試接收到的碼流的正確率。誤碼測試是系統(tǒng)測試，可以是硬件測試，也可以是軟件測試。一般，對于有條件的公司，都建議使用硬件測試，就是采用專業(yè)的誤碼儀進行測試。圖7.14為是德科技的誤碼測試儀。

圖7.14誤碼測試儀

信號完整性測試并不是只有這些，其實還包括了一些比如輻射頻譜測試、頻域阻抗測試、效率測試等等。實際中如何選用這上述測試手段，需要根據(jù)被測試對象進行具體分析，不同的情況需要不同的測試手段。比如有標準接口的，就可以使用眼圖測試、阻抗測試和誤碼測試等，對于普通硬件電路，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。對于時鐘、高速串行信號，還可以抖動測試等。

另外隨著技術的發(fā)展，越來越多的儀器趨向于功能多樣化，比如示波器不僅僅可以測試信號的波形質量、時序和眼圖，還可以測試頻譜圖；網(wǎng)絡分析儀不僅僅可以測試插入損耗、回波損耗、串擾等頻域曲線，還可以測量時域阻抗。工程師們在使用儀器時，可以多研究下測試對象以及儀器。盡可能的在節(jié)約成本的情況下，還能高效有質量的完成測試要求。