高速信號測試基礎(chǔ)知識

1、高速信號測試基礎(chǔ)知識 李華 2012-7 目錄 高速串行信號LVDC 1 2 3 抖動(dòng)的分析 眼圖的說明 4 PCIe信號測試實(shí)例 5 其它 測試內(nèi)容 .信號完整性測試內(nèi)容信號完整性測試內(nèi)容. - 阻抗的測試 - 波形的測試 - 時(shí)序的測試 - 電源的測試 - 均衡,預(yù)加重 - 誤碼率BER .測試能幫我們做什么測試能幫我們做什么. - 驗(yàn)證我們的硬件設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)要求 - 驗(yàn)證我們的信號質(zhì)量是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求 - 驗(yàn)證仿真結(jié)果和實(shí)測結(jié)果的一致性. - 發(fā)現(xiàn)問題 - 區(qū)分問題時(shí)硬件設(shè)計(jì)問題還是器件的原因. - 問題是否是布局布線,端接阻抗,走線,串?dāng)_等原因. 1.由硬件上數(shù)據(jù)線路的減少到速度越

2、來越高. 2. 包含數(shù)據(jù)和時(shí)鐘. 3. 電壓越來越低. 250-450mv 4. LVDS是由電流驅(qū)動(dòng),恒定3.5mA. 則 3.5mAX100歐=350mv 串行傳輸?shù)幕究驁D 如上圖,由Parallel-Serial Converter ;Transmitter ; Recever ; Serial-Parallel 四大部分組成. LVDS : 其低壓幅和低電流驅(qū)動(dòng)輸出實(shí)現(xiàn)了低噪聲和低功耗。 LVDS: Low Voltage Differential Singaling 串行傳輸?shù)幕究驁D 一般,當(dāng)信號幅度減小時(shí),噪音裕度相應(yīng)也降低,然而,LVDS就不是這種情 況,因?yàn)槭遣罘中盘?這2

3、根線上共有的噪音將會(huì)被抑制掉.這是差分信號的 好處. 傳輸信號幅度的變化 LVDS 速度 :信號的轉(zhuǎn)換時(shí)間就是你能達(dá)到的速度極限.更高的信號擺幅將需花更長 的時(shí)間才能完成轉(zhuǎn)換。一個(gè)提高速度的辦法就是縮短轉(zhuǎn)換時(shí)間,但由于噪 音,串?dāng)_和功率方面的原因,那是不現(xiàn)實(shí)的. 為了提高速度,LVDS通過降低信號擺幅來加快轉(zhuǎn)換過程,更短的轉(zhuǎn)換時(shí)間,并不 會(huì)增加串?dāng)_,EMI和功耗. 一般來說,這減小了噪音裕度,但LVDS利用其差分 傳輸方式來解決問題,信噪比得到大大提高. 上圖中在相同的dv/dt條件下,速度提高了7X以上. 目錄 高速串行信號LVDC 1 2 3 抖動(dòng)的分析 眼圖的說明 4 PCIe信號測試實(shí)

4、例 5 其它 什么是抖動(dòng) 抖動(dòng)的成因 抖動(dòng)的組成 隨機(jī)抖動(dòng)RJ 確定性抖動(dòng)DJ 周期性抖動(dòng) 占空比失真DCD 碼間干擾ISI 目錄 高速串行信號LVDC 1 2 3 抖動(dòng)的分析 眼圖的說明 4 PCIe信號測試實(shí)例 5 其它 眼圖的形成過程示例 如果將被測信號輸入示波器，并且當(dāng)示波器的觸發(fā)時(shí)鐘和被 測信號同步時(shí)，在示波器上顯示的圖形很象人的眼睛，因此被 稱為眼圖。 1. 眼圖. 眼圖生成原理 1. 眼圖. 眼圖生成原理 眼圖是一系列數(shù)字信號在示波器上累積而顯示的圖形. 所以,眼圖特征是采用統(tǒng)計(jì)的方式. 通過示波器內(nèi)置的硬件時(shí)鐘恢復(fù)進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù). 以時(shí)鐘沿為觸發(fā)條件捕獲數(shù)據(jù)的各比特位的信息. 以

5、時(shí)鐘沿為參考將所有的比特位疊加形成眼圖. 眼圖已成為信號完整性和兼容性測試的基石之一,對于不同工 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字傳輸信號的驗(yàn)證測試和兼容性測試來說,眼圖是規(guī) 范測量. （1）眼圖張開的寬度決定了接收波形可以不受串?dāng)_影響而抽樣 再生的時(shí)間間隔。顯然，最佳抽樣時(shí)刻應(yīng)選在眼睛張開最大的時(shí) 刻。 （2）眼圖斜邊的斜率表示系統(tǒng)對定時(shí)抖動(dòng)（或誤差）的靈敏度 ，斜邊越陡，系統(tǒng)對定時(shí)抖動(dòng)越敏感。 （3）眼圖左（右）角陰影部分的水平寬度表示信號零點(diǎn)的變化 范圍，稱為零點(diǎn)失真量，在許多接收設(shè)備中，定時(shí)信息是由信號 零點(diǎn)位置來提取的，對于這種設(shè)備零點(diǎn)失真量很重要。 （4）在取樣時(shí)刻，陰影區(qū)的垂直寬度表示最大信號失真量

6、。 （5）在取樣時(shí)刻，上、下兩陰影區(qū)間隔的一半是最小噪聲容 限，噪聲瞬時(shí)值超過它就有可能發(fā)生錯(cuò)誤判決。 眼圖的說明 1. 眼圖測量既迅速又容易. 提供更深次的診斷信息. 眼圖可以顯示數(shù)字信號的整體品質(zhì). 能夠進(jìn)行子系統(tǒng)和組件分析; 5.能夠反映鏈路上傳輸?shù)乃袛?shù)字信號的整體 信息. 6.眼高不能太低：會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)誤判。 7.眼圖不能太高：1）導(dǎo)致EMI。2）導(dǎo)致器件 功耗過大 眼圖測試的作用 什么是模板 目錄 高速串行信號LVDC 1 2 3 抖動(dòng)的分析 眼圖的說明 4 PCIe信號測試實(shí)例 5 其它 在數(shù)字電路系統(tǒng)中，發(fā)送端發(fā)送出多個(gè)比特的數(shù)據(jù)，由于多種因素 的影響，接收端可能會(huì)接收到一些錯(cuò)誤

7、的比特（即誤碼）。錯(cuò)誤的比特?cái)?shù) 與總的比特?cái)?shù)之比稱為誤碼率，即Bit Error Ratio，簡稱BER。誤碼率是描述 數(shù)字電路系統(tǒng)性能的最重要的參數(shù)。是衡量數(shù)據(jù)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸?shù)?精確性的指標(biāo)。 誤比特率=錯(cuò)誤比特?cái)?shù)/傳輸總比特?cái)?shù) BER 誤碼率是最常用的數(shù)據(jù)通信傳輸質(zhì)量指標(biāo)。它表示傳輸質(zhì)量的方式是 “在多少位數(shù)據(jù)中出現(xiàn)一位差錯(cuò)”。舉例來說，如果在一萬位數(shù)據(jù)中出現(xiàn) 一位差錯(cuò)，即誤碼率為萬分之一，即10E-4。 IEEE802.3規(guī)定最壞情況的誤碼率是10E-10。在這種條件下，出現(xiàn)的 誤碼不會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)的性能，因?yàn)樗械木W(wǎng)絡(luò)軟硬件都按這個(gè)要求建立。因 此，這個(gè)條件下出現(xiàn)的噪音將不足以改變接

8、收端的比特值，不會(huì)造成誤碼. BER KRONE公司定義 10E-12誤碼率稱為零誤碼率，零誤碼率意味著每十萬 億個(gè)比特中產(chǎn)生的誤碼小于1個(gè)。 n常用規(guī)范要求: 1000Base-T網(wǎng)絡(luò)制定的可接受得最高限度誤碼率是10E-10; SAS 可接受的最高限度誤碼率是10E-12； PCIe 可接受的最高限度誤碼率是10E-12； QPI 可接受的最高限度誤碼率是10E-12。 Bathtub曲線 預(yù)加重 pre-emphasis 為便于信號的傳輸,而對某些頻譜分量的幅值相對于其他分量的幅值預(yù) 先有意予以增強(qiáng)的措施. 信號傳輸線表現(xiàn)出來的是低通濾波器特性,傳輸過程中信號的高頻成 分衰減大,低頻成分

9、衰減小,預(yù)加重技術(shù)的思想就是在傳輸新的始端增強(qiáng)信 號的高頻成分,以補(bǔ)償高頻分量在傳輸過程中的過大衰減.信號的高頻分量 主要出現(xiàn)在信號的上升沿和下降沿處,預(yù)加重技術(shù)就是增強(qiáng)信號上升沿和 下降沿的幅度. 去加重 de-emphasis 去加重技術(shù)的思想跟預(yù)加重技術(shù)有點(diǎn)類似，只是實(shí)現(xiàn)方法有點(diǎn)不同， 預(yù)加重是增加信號上升沿和下降沿處的幅度，其它地方幅度不變；而去加 重是保持信號上升沿和下降沿處的幅度不變，其他地方信號減弱。 去加重補(bǔ)償后的信號擺渡比預(yù)加重補(bǔ)償后的信號擺幅小，眼圖高度低 ，功耗小，EMC輻射小。 均衡器 前面介紹的預(yù)加重和去加重能很好的補(bǔ)償信號在傳輸過程中的損耗， 改善信號質(zhì)量，但是預(yù)加

10、重和去加重技術(shù)也存在一些缺陷，比如當(dāng)線路上存 在串?dāng)_時(shí)，預(yù)加重和去加重會(huì)將高頻串?dāng)_分量放大，增大串?dāng)_的危害。為了 彌補(bǔ)預(yù)加重和去加重技術(shù)的缺陷，后來就出現(xiàn)了均衡技術(shù)。 跟預(yù)加重和去加重不同，均衡技術(shù)在信號的接收端使用均衡技術(shù)在信號的接收端使用，它的特性相當(dāng)于一 個(gè)高通濾波器， 。 目錄 高速串行信號LVDC 1 2 3 抖動(dòng)的分析 眼圖的說明 4 PCIe信號測試實(shí)例 5 其它 PCIe信號的測試 n 測試準(zhǔn)備: 16G以上帶寬示波器; TCA_SMA轉(zhuǎn)換頭； 高速測試線纜-PCIe； 測試夾具CLB。 測試軟件RT-eye PCIe測試過程 n 測試步驟: 擇Analyze-RT-Eye Compliance and Analysis啟動(dòng)軟件，點(diǎn)擊Run Wizard進(jìn)入導(dǎo)航界面；或者選擇Measurements-Wizard進(jìn)入導(dǎo)航界面; Step 1中選擇探頭類型，使用SMA線纜選擇Single-Ended ； Step 2選擇信號通道，一般高速串行信號單端連接，選擇Ch1和Ch3 ； Step 3選擇PCIe信號速率，根據(jù)實(shí)際選擇PCIE:2.5G或5.0G；