高速串行數(shù)據(jù)鏈路的自動化一致性測試

　　引言

　　高速串行數(shù)據(jù)鏈路的一致性測試是個(gè)復(fù)雜的課題，既要求測試設(shè)備廠家能提供高性能的儀器，又要求測試工程師能充分利用儀器去解決問題。大家都希望儀器是我們解決問題的一部分，而不是問題本身的一部分。美國力科公司在數(shù)字示波器和串行數(shù)據(jù)分析儀平臺上提出了“自動化測試”的概念，為多個(gè)串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)一致性測試提供完整的解決方案，包括最新的數(shù)字示波器和串行數(shù)據(jù)分析儀，能支持最高18GHz模擬帶寬、60GS/s實(shí)時(shí)采樣率。作為解決方案的一部分，力科還推出了自動化一致性測試軟件包QualiPHY，致力于提高工作效率，降低工程師操作儀器和生成報(bào)告的復(fù)雜度，讓工程師不會再覺得一致性測試是枯燥無味的任務(wù)。下文向大家介紹QualiPHY是如何幫助工程師應(yīng)對高速串行數(shù)據(jù)鏈路測試面臨的挑戰(zhàn)的。

　　一致性測試的難點(diǎn)

　　目前，進(jìn)行串行數(shù)據(jù)鏈路一致性測試的主要儀器平臺是高速數(shù)字示波器或串行數(shù)據(jù)分析儀(如力科公司的SDA)，工程師在利用這些設(shè)備進(jìn)行測試時(shí)，普遍面臨下面介紹的困難。

　　1 如何掌握測試標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容

　　隨著串行總線技術(shù)的日益進(jìn)步，信號完整性成為設(shè)計(jì)師最頭疼的問題，包括串?dāng)_、EMI、抖動、反射、封裝噪聲、偏移和靜電等，這些問題對設(shè)計(jì)、測試同樣重要。各種串行總線的一致性測試標(biāo)準(zhǔn)均定義了以適應(yīng)高速信號龐大的信號完整性分析需求。例如，100BaseT的一致性測試規(guī)范要求測量眼圖、抖動、上升/下降時(shí)間、過沖/下沖、差分輸出電平、高低電平對稱性、占空比偏移等;USB2.0一致性測試規(guī)范對HighSpeed的Device分析也定義了幾十個(gè)參數(shù)。每一種參數(shù)的測量對于示波器的使用都定義了設(shè)置參數(shù)，如圖2所示就是以太網(wǎng)一致性測試對過沖參數(shù)測量的示波器設(shè)置要求。

　　測試規(guī)范對每種參數(shù)都有適用范圍，實(shí)際測量值必須落在這個(gè)范圍才被判定為合格。

　　所以，測試工程師既需要掌握完整的測試參數(shù)列表，又需要了解每種參數(shù)對應(yīng)的示波器工作狀態(tài)，還需要清楚每個(gè)參數(shù)的合格測量范圍。這是非常復(fù)雜的工作。

　　2 如何設(shè)置測試環(huán)境

　　串行數(shù)據(jù)的信號質(zhì)量分析和一致性測試一般都離不開測試夾具的輔助。夾具的主要作用是在不同的信號形式之間相互轉(zhuǎn)換，比如以太網(wǎng)測試夾具就是將雙絞線信號轉(zhuǎn)換成探頭信號。每個(gè)測量項(xiàng)目都需要測試夾具、被測器件和示波器三者之間建立合適的互連拓?fù)潢P(guān)系，準(zhǔn)確掌握所有連接關(guān)系也是非常困難的事情。

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　　3 對儀器操作不是很熟悉

　　串行數(shù)據(jù)總線技術(shù)的飛速進(jìn)步對示波器的性能提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也使得現(xiàn)代高端示波器的操作復(fù)雜度也日益加大，記住一致性測試規(guī)程中的每個(gè)步驟，示波器該如何操作，是非常不容易的事。

　　4 如何生成測試報(bào)告

　　每個(gè)硬件工程師都有這種切身體會，編寫測試報(bào)告是非常費(fèi)神費(fèi)時(shí)的工作。需要收集測量結(jié)果、對比標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來分析某個(gè)測量參數(shù)是否合格，保存關(guān)鍵波形畫面并貼到報(bào)告中去，如果測試參數(shù)多達(dá)幾十個(gè)，比如USB2.0測試，那工作量將是非常巨大的。

　　5 串行數(shù)據(jù)協(xié)議類型比較多

　　計(jì)算技術(shù)的不斷普及和內(nèi)容需求的迅猛增長都需要更快的數(shù)字通路，目前PCI Express、SATA、HDMI、SAS等串行數(shù)據(jù)總線架構(gòu)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)字環(huán)境中，而且更快速的PCIExpress2.0、HDMI1.3、SATAIII等第二代和第三代總線架構(gòu)也已經(jīng)開始出現(xiàn)或正在研發(fā)過程中，再加上更為普遍的Ethernet和USB2.0，串行總線協(xié)議的類型越來越豐富，對測試工程師的要求也越來越高。不同協(xié)議測試的切換都意味著重新開始學(xué)習(xí)。

　　QualiPHY軟件特性

　　針對高速數(shù)字系統(tǒng)工程師在進(jìn)行串行總線一致性測試時(shí)面臨的難題，美國力科公司推出了功能強(qiáng)大、易于使用的QualiPHY軟件包，下面從幾個(gè)方面介紹該軟件如何幫助工程師解決這些一致性測試難題。

　　1 用戶可定制測量項(xiàng)目

　　完整的一致性測試包含十幾個(gè)甚至幾十個(gè)項(xiàng)目，但不是每次測試都要遍歷全部項(xiàng)目。

　　QualiPHY軟件支持用戶可定制化測試項(xiàng)目，可以選擇單個(gè)或多個(gè)項(xiàng)目分別測試，從而大大提高了靈活性。圖3描述的是USB2.0 High Speed的Device or Hub測試項(xiàng)目定制窗口。

　　2 自動化測試

　　根據(jù)選擇好的測試項(xiàng)目，QualiPHY隨即展開一系列自動化測試過程：自動設(shè)置示波器工作參數(shù)包括采樣率、存儲深度、采集時(shí)間、縱軸刻度、觸發(fā)電平等;自動定義測量參數(shù);自動調(diào)用第三方軟件如Matlab對波形運(yùn)算，自動分析波形和測量結(jié)果，自動輸出分析結(jié)果，整個(gè)測試過程完全是自動化的，無須任何人工干預(yù)。在測試過程中會同步顯示測試狀態(tài)和過程提示。

　　QualiPHY軟件針對工程師操作示波器進(jìn)行一致性測試的使用特點(diǎn)而優(yōu)化自動化測試流程，有效提高了一致性測試效率，并大大降低了操作儀器難度和重復(fù)勞動量，使得測試過程充滿樂趣而不再是枯燥無味的任務(wù)，因而一推出即深受工程師的喜愛。圖4是SATA一致性自動測試界面。

　　3 圖表化提示

　　QualiPHY軟件的用戶界面設(shè)計(jì)非常人性化和直觀實(shí)用，它會以圖表化的方式顯示出一致性測試的每個(gè)環(huán)節(jié)中測試夾具、示波器主機(jī)和DUT三者之間的拓?fù)潢P(guān)系，使用者無須記憶，就能正確設(shè)置測試環(huán)境。

　　4 自動分析測量數(shù)據(jù)

　　示波器采集波形后，并按規(guī)范測量參數(shù)后，QualiPHY軟件會自動將其與標(biāo)準(zhǔn)做對比，并輸出此參數(shù)通過或失敗的結(jié)論。圖5展示了QualiPHY軟件包對10BaseT峰值差分輸出電壓分析的結(jié)果，實(shí)際測量值為2.52V，802.3標(biāo)準(zhǔn)合格范圍是2.20～2.80V，顯然此參數(shù)測試通過。

　　5 集成多種串行數(shù)據(jù)協(xié)議

　　QualiPHY軟件集成了多種串行協(xié)議，包括流行的SATA、UWB、PCIE、SAS、FBDIMM、HDMI、USB、ENET等。不同的串行協(xié)議采用相同的用戶界面和操作方法，工程師無須重復(fù)學(xué)習(xí)，舉一反三即可快速掌握全部協(xié)議的一致性測試流程。

　　6 自動輸出報(bào)告

　　QualiPHY軟件在完成所有指定項(xiàng)目的測量和分析任務(wù)后，會自動生成美觀、實(shí)用、符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的測試報(bào)告，報(bào)告格式可以選擇是XML、HTML或PDF格式。節(jié)省了編寫測試報(bào)告的時(shí)間，工程師就可以把更多精力放在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上，而不是測試上。

　　QualiPHY系統(tǒng)設(shè)置

　　QualiPHY軟件包支持多種串行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，既可以直接運(yùn)行在數(shù)字示波器上，也可以運(yùn)行在其他計(jì)算機(jī)上。推薦的執(zhí)行方式是單獨(dú)運(yùn)行在一臺控制計(jì)算機(jī)上，通過TCP/IP協(xié)議與測試示波器建立通信連接。這樣做的主要好處是示波器上顯示波形，QualiPHY軟件顯示分析結(jié)果，兩種界面可以同時(shí)被用戶觀測。QualiPHY軟件下發(fā)設(shè)置參數(shù)和測量命令到示波器上，示波器上傳捕獲波形到QualiPHY分析，QualiPHY將分析結(jié)果在控制PC上輸出美觀、實(shí)用和符合規(guī)范的結(jié)果報(bào)告。圖6描述了QualiPHY_for_ENET測試環(huán)境。用戶可以去www.lecroy.com自由下載QualiPHY軟件包，親身體會它給高速串行數(shù)據(jù)一致性測試帶來的高效和便利性。

　　結(jié)語

　　QualiPHY自動化一致性測試軟件運(yùn)行在中高端數(shù)字示波器或串行數(shù)據(jù)分析儀上，針對典型高速串行數(shù)據(jù)鏈路一致性測試的流程特點(diǎn)，提供了全面而豐富的軟件功能和人機(jī)界面，有效降低了工程師操作儀器的復(fù)雜度，提高了測試效率，從而使得一致性測試成為一件非常有趣的工作，而非枯燥無味的任務(wù)。