電源與時(shí)鐘的單元測(cè)試方案解析

調(diào)試功能基本OK后，進(jìn)入單元測(cè)試階段。

單元測(cè)試，一般是指基于開發(fā)人員自行開展的功能測(cè)試及各個(gè)功能單元的單元測(cè)試，是硬件信號(hào)級(jí)的測(cè)試，分為基本測(cè)試和信號(hào)完整性測(cè)試。也被稱作硬件的白盒測(cè)試。

1、單元測(cè)試開始前，全項(xiàng)目組人員一起學(xué)習(xí)《硬件單元測(cè)試規(guī)范及建議》就測(cè)試方法和測(cè)試規(guī)則達(dá)成一致；

2、需要制定UT測(cè)試計(jì)劃和評(píng)審計(jì)劃。要求測(cè)試完成一部分電路就評(píng)審一部分，不要測(cè)試完成后才一起評(píng)審。

3、單元測(cè)試的時(shí)序、信號(hào)質(zhì)量、電源等測(cè)試都用專用表格進(jìn)行，測(cè)試環(huán)節(jié)包括探頭、單板等信息一定要與測(cè)試數(shù)據(jù)一起保存；

4、SI測(cè)試按照規(guī)范指導(dǎo)進(jìn)行，并且遵從接口規(guī)范

5、單元測(cè)試的問題全部要提問題單跟蹤解決，測(cè)出問題在記錄在跟蹤表的同時(shí)就馬上提問題單（單元測(cè)試的問題單可以走短流程），不要積累到最后一起提。

6、單元測(cè)試開發(fā)與硬測(cè)一起參與，為確保測(cè)試和評(píng)審質(zhì)量，開發(fā)與硬測(cè)要拉通運(yùn)作，一起測(cè)試，一起評(píng)審。嚴(yán)禁分工后各管各的。

基本測(cè)試

基本性能測(cè)試項(xiàng)目如圖所示。圖7.5基本性能測(cè)試項(xiàng)目

電源相關(guān)測(cè)試細(xì)則，可以點(diǎn)擊下面幾篇文章：

電源測(cè)試之輸出動(dòng)態(tài)響應(yīng)(Output Dynamic Response Test)

電源輸出的Overshoot和Undershoot 測(cè)試

電源效率測(cè)試

用示波器也可以測(cè)試“電源環(huán)路穩(wěn)定性”

電源紋波測(cè)試

我們需要按照自己公司規(guī)定格式進(jìn)行電源測(cè)試：

電源的基本參數(shù)測(cè)試完成之后，需要對(duì)上電時(shí)序進(jìn)行測(cè)試：

我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候，通過控制電源的上電使能管腳或者通過MOSFET、或者專用的電源上電控制芯片，控制不同電源的上電時(shí)序，以確保每個(gè)芯片的電源上電時(shí)序是滿足芯片的要求的。我們?cè)跍y(cè)試的時(shí)候，需要對(duì)相關(guān)的要求一一測(cè)試，以確認(rèn)每個(gè)上電時(shí)序滿足要求的。甚至在極端高低溫環(huán)境下對(duì)上電時(shí)序都需要進(jìn)行全部的測(cè)量，以確保電路板在高低溫環(huán)境下的都滿足上電時(shí)序要求。

通過示波器查看上電過程中，電源時(shí)間的時(shí)序關(guān)系。

時(shí)鐘相關(guān)測(cè)試細(xì)則，可以點(diǎn)擊下面幾篇文章：

時(shí)鐘基礎(chǔ)知識(shí)，該文檔已經(jīng)支持下載

一個(gè)25MHZ時(shí)鐘信號(hào)的單調(diào)性問題測(cè)試分析

時(shí)鐘的基本參數(shù)與基本測(cè)試項(xiàng)目

頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度（Frequency Accuracy & Stability）

TIE （Time Interval Error）

MTIE （Maximum Time Interval Error）

TDEV （Time Deviation）

抖動(dòng)和漂動(dòng) （Jitter &?Wander）

抖動(dòng)和相噪

例如PCIe時(shí)鐘，按照PCIe的規(guī)范要求，核對(duì)和測(cè)試頻率，上升速率、電平標(biāo)準(zhǔn)、抖動(dòng)等參數(shù)：

抖動(dòng):時(shí)域概念

抖動(dòng)是對(duì)信號(hào)時(shí)域變化的測(cè)量結(jié)果，它從本質(zhì)上描述了信號(hào)周期距離其理想值偏離了多少。包括確定性抖動(dòng)和隨機(jī)抖動(dòng)

確定性抖動(dòng)是由可識(shí)別的干擾信號(hào)造成的，這種抖動(dòng)通常幅度有限，具備特定的產(chǎn)生原因，而

且不能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。確定性抖動(dòng)的來源主要有4種

1、相鄰信號(hào)走線之間的串?dāng)_

2、敏感信號(hào)通路上的EMI輻射

3、多層基底中電源層的噪聲

4、多個(gè)門電路同時(shí)轉(zhuǎn)換為同一種邏輯狀態(tài)

隨機(jī)抖動(dòng)是指由較難預(yù)測(cè)的因素導(dǎo)致的時(shí)序變化。隨機(jī)抖動(dòng)最基本的一個(gè)特性就是隨機(jī)性，因此我們可以用高斯統(tǒng)計(jì)分布來描述其特性。

相噪:頻域概念

相位噪聲是對(duì)信號(hào)時(shí)序變化的另一種測(cè)量方式，其結(jié)果在頻率域內(nèi)顯示。圖用一個(gè)振蕩器信號(hào)來解釋相位噪聲。

首先來看什么是相位噪聲？

在維基百科中，相位噪聲的定義是“時(shí)域不穩(wěn)定性（抖動(dòng)）導(dǎo)致波形在相位上發(fā)生快速、短期、隨機(jī)的波動(dòng)，這種波動(dòng)在頻域中的表現(xiàn)即為相位噪聲”。這一術(shù)語中的“噪聲”一詞告訴我們，它指的不是雜散或確定性波動(dòng)。

定義中提到的“短期”是為了與確定時(shí)鐘源純凈度時(shí)所用的其他方法加以區(qū)別，例如以百萬分之幾（ppm）為單位的穩(wěn)定度。它通常是以更大的時(shí)間長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，例如秒或分鐘。

圖26 理想與真實(shí)信號(hào)在時(shí)域和頻域的對(duì)比

雖然有許多技術(shù)術(shù)語可以量化相位噪聲，但最常采用的指標(biāo)之一是“單邊帶（SSB）相位噪聲”，L(f)。在數(shù)學(xué)上，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）將L(f)定義為從載波的偏移頻率處的功率密度與載波信號(hào)的總功率之比，單位為dBc/Hz:

基于頻域相噪的測(cè)量結(jié)果可以再轉(zhuǎn)化為時(shí)域的相位抖動(dòng)，這就是數(shù)字和時(shí)域研究人員感興趣的結(jié)果。如下圖示，相位抖動(dòng)可以對(duì)陰影頻帶范圍內(nèi)相噪進(jìn)行積分得到。

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基于相噪測(cè)量得到相位抖動(dòng)

對(duì)于傳統(tǒng)的數(shù)字領(lǐng)域的公司和工程師而言，如果為了測(cè)試相位噪聲而專門進(jìn)行相位噪聲測(cè)量?jī)x器的投資，很明顯其性價(jià)比是不高的。因此發(fā)掘現(xiàn)有設(shè)備的潛能讓其發(fā)揮更大作用，也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，而普遍存在的實(shí)時(shí)示波器當(dāng)然是最佳的選擇。

相比其它頻域儀器測(cè)量方法，采用實(shí)時(shí)示波器進(jìn)行相噪分析的優(yōu)點(diǎn)除了節(jié)約投資外主要還有實(shí)時(shí)示波器可以測(cè)量方波時(shí)鐘信號(hào)或者帶SSC(擴(kuò)頻時(shí)鐘)的時(shí)鐘信號(hào)相噪，尤其是SSC擴(kuò)頻時(shí)鐘在高速串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)如PCIExpress/USB等參考時(shí)鐘信號(hào)里是相當(dāng)常見的。

另外采用實(shí)時(shí)示波器的方法可以測(cè)量100MHz以上的時(shí)鐘頻率偏移，而頻域儀器一般限定在100MHz范圍內(nèi)。針對(duì)數(shù)字域常見的差分信號(hào)，示波器可以采用高阻探頭直接探測(cè)或者采用2個(gè)通道輸入再進(jìn)行差分運(yùn)算，無需額外的附件Balun(巴倫)。

當(dāng)然實(shí)時(shí)示波器還可以直接測(cè)量傳遞到數(shù)據(jù)信號(hào)上的相位噪聲。實(shí)時(shí)示波器還有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和記錄能力可以保存波形用于傳統(tǒng)的數(shù)字分析工具比如PCIExpress 標(biāo)準(zhǔn)的CLK Jitter Tool等。

編輯：黃飛

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