Введение в тестирование высокоскоростных сигналов
2024-06-07
Что такое высокоскоростной сигнал?
С быстрым развитием электронной техники и непрерывным увеличением скорости обмена информацией частота и сложность высокоскоростных сигналов также растут. Поэтому ключом к обеспечению нормальной работы различных систем является точное тестирование и измерение высокоскоростных сигналов.
Какие характеристики имеют высокоскоростные сигналы?
1.Сигналы с частотой более 50 МГц, особенно тактические сигналы с частотой выше 50 МГц.
2.Быстрые фронтальные сигналы с временем наростания меньше 50 пс, которые меняются очень быстро и могут считаться высокоскоростными сигналами.
3.Если длина траектории меньше 20% эффективной длины волны, и время наростания сигнала короткое, это также относится к категории высокоскоростных сигналов.
4.Высокоскоростные сигналы подвержены различным помехам во время передачи, таким как электромагнитное воздействие и перекрестное влияние, которые могут вызвать искажение сигнала.
5.Высокоскоростные сигналы имеют высокую частоту и часто требуют, чтобы компоненты цепей отреагировали быстро, чтобы гарантировать точное передачу сигнала.
Сигнальная целостность:
Сигнальная целостность относится к точности сигналов во время передачи, в основном изучая ухудшение качества сигналов, вызванное факторами, такими как сопоставление импедансов и пересечение сигналов, во время высокоскоростной передачи сигналов.
Она может характеризовать проблемы с качеством высокоскоростных сигналов после прохождения через связь, затрагивая влияние вмешательств и импедансов в связь, чтобы обеспечить нормальную передачу между передатчиком и приемником.
Тестирование сигнальной целостности включает в себя широкий спектр содержания, и для этого используется много различных тестовых инструментов. Далее мы представим несколько общих методов тестирования, которые помогут инженерам быстро определить и решить проблемы.
Тестирование форм волн:
Тестирование форм волн - это самый простой и наиболее часто используемый метод в тестировании сигнальной целостности. При помощи осциллографа, изучая амплитуду, краев, переполнение и недополнение тестируемой волны, определяется, соответствует ли сигнал еще уровню требований приемника после прохождения через связь.
（Используя SDS7000A для тестирования сигналов Ethernet）
После захвата форм волны осциллографом, их можно увеличить для просмотра, не только общей ситуации formy волны через статистическую панель внизу осциллографа, но и амплитудy переполнения и недополнения formy волны в локальных деталях.
При наблюдении за некоторыми цифровыми сигналами мы очень обращаем внимание на временной интервал сигналов. Мы можем использовать осциллограф с 8 каналами, чтобы помочь нам наблюдать за временем установления и удержания одного сигнала или тестировать сдвиг и задержка разных сигналов после прохождения через сетевую сеть. Или наблюдать за рельсом питания в встроенном оборудовании и анализировать временными требованиями включения и выключения разных узлов через конкретные триггеры.
（Используя 8 каналов для анализа времени включения питания）
Тестирование диаграммами глаз:
Цифровые сигналы диаграммами глаз содержат обилие информации и могут отражать общие характеристики цифровых сигналов, что позволяет хорошо оценить качество цифровых сигналов. Поэтому анализ диаграммы глаз является одним из ключевых элементов анализа сигнальной целостности в цифровых системах. Особенно для интерфейсов с определенными требованиями спецификации, таких как USB, Ethernet, PCIe, HDMI и т. д., тестирование диаграммами глаз может быть сочетано с шаблонами для проверки соответствия интерфейса спецификациям совместимости.
Диаграмма глаз (Eye Diagram) - это результат kumulativego superimposing серийных сигналов, собранных бит за бит в режиме устойчивости, и форма,После наложения форма после похожа на глаз.отсюда и название диаграмма глаз. Диаграмма глаз - это серия цифровых сигналов, накопленных и отображенных на осциллографе, которая содержит обилие информации. Из диаграммы глаз можно наблюдать влияние межсимвольного вмешательства и шума, отражающего общие характеристики цифровых сигналов, тем самым оценивая качество системы.
Функция реального времени диаграммы глаз SDS7000A может автоматически генерировать диаграмму сигнала глаз. После настройки источника сигнала нажмите быструю настройку в пользовательском интерфейсе для автоматического определения горизонтальной/вертикальной позиции и уровня, и вызовите распространенные элементы измерения, такие как высота глаз, ширина глаз, временной интервал ошибки TIE и т. д.
Анализ джиттера
Разложение джиттера
Использование SDS7000A для анализа джиттера
Тестирование импеданса:
Для высокоскоростных сигналов стоит обратить внимание на согласование импеданса. Отражения, вызванные рассогласованием импеданса, будут создавать шум на приемнике. Поэтому мы часто используем векторные анализаторы цепей для анализа импеданса, чтобы отразить шум, вызванный множественными отражениями.
Для трассировки на печатных платах мы также можем использовать векторные анализаторы цепей с TDR-зондами для тестирования. По сравнению со схемой TDR осциллограф + генератор сигналов, с помощью векторного анализатора цепей можно проводить тестирование на более высоких частотах, а при инжекции сигнала можно выбирать метод пробника, что делает сценарий тестирования более гибким.
Рассогласование импеданса, особенно в дифференциальных схемах, оказывает большое влияние на качество сигнала. Как показано на рисунке, один и тот же тестируемый прибор посылает дифференциальные сигналы PAM3, а розовая трасса – это сигнал, полученный, когда две дифференциальные линии хорошо согласованы, в то время как желтая линия не полностью согласована. Хорошо видно, что выброс и недолет желтого следа очень очевидны.
Различные условия согласования качества дифференциального линейного сигнала
При проверке дифференциального импеданса мы можем использовать функцию TDR анализатора цепей для проверки импеданса несимметричной трассы или напрямую проверить дифференциальный импеданс.
Использование TDR Probe для тестирования
Тестирование в частотной области:
Когда высокоскоростные сигналы передаются по дорожкам на печатной плате, они, по сути, распространяются в виде электромагнитных волн. На всем пути передачи энергия присутствует в электрических и магнитных полях, которые чередуются с течением времени. В практических приложениях энергия электромагнитного поля не ограничивается распространяющимся проводником, и значительная часть энергии магнитного поля находится вне проводника. Когда высокоскоростные сигналы передаются по определенному проводнику, их электрические и магнитные поля каким-то образом связываются с другими линиями. Когда напряженность этого связанного электромагнитного поля достигает определенного уровня, оно будет производить неожиданные сигналы, приводящие к перекрестным помехам и электромагнитному излучению, что может серьезно повлиять на качество передачи исходного сигнала.
Мы можем использовать векторные анализаторы цепей для тестирования перекрестных помех сигнальных цепей и установить предельные значения перед тестом для завершения автоматизированного тестирования. Когда кривая печатной платы слишком длинная или высокая скорость, необходимо учитывать перекрестные помехи на ближнем конце. При тестировании дифференциальных сигналов для тестирования можно использовать четырехпортовый векторный анализатор цепей или балун для преобразования сигнала в несимметричный перед тестированием.
При более поздних испытаниях системы (например, при тестировании на ЭМС) многие продукты должны проходить радиационные испытания. Тестирование спектра позволяет определить, превышена ли мощность в определенных частотных точках. Зонды ближнего поля, такие как SRF5030, могут использоваться для анализа того, какая часть карты платы имеет более высокий спектр, тем самым находя основную причину превышения.
Использование анализатора спектра для тестирования на ЭМП
К преимуществам тестирования в частотной области можно отнести: возможность интуитивно отображать распределение сигналов на разных частотах; удобное измерение и анализ характеристик частотной характеристики системы, таких как ширина полосы пропускания и неравномерность коэффициента усиления; Для некоторых сложных сигналов или систем анализ в частотной области может быть проще для обнаружения, чем анализ во временной области. При тестировании высокоскоростных сигналов тестирование во временной области и тестирование в частотной области часто объединяются для более полного понимания и оценки производительности всей системы.
