連接器等高速互連的測試和分析解決方案

1、Page 1Signal Integrity連接器等高速互連的測試和連接器等高速互連的測試和分析解決方案分析解決方案議題議題 高速總線的發(fā)展趨勢 高速互連的信號完整性分析 安捷倫應(yīng)對高速互連的測量和分析的解決方案 物理層測試系統(tǒng)(PLTS)對連接器等高速互連的測試和分析Signal IntegrityPage 2Page 3當(dāng)今高速數(shù)字設(shè)計的挑戰(zhàn)當(dāng)今高速數(shù)字設(shè)計的挑戰(zhàn) 更高的信號速率引起顯著的信號完整性更高的信號速率引起顯著的信號完整性(SI)(SI)問題問題: : 需要考慮板級，連接器連接器，電纜等互連的高頻效應(yīng) 需要更高質(zhì)量的探頭和測試夾具 需要盡量降低抖動 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以每標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以每2-3

2、2-3年的速度快速演進(jìn)年的速度快速演進(jìn): : 以現(xiàn)有的設(shè)計進(jìn)展將更困難 更緊的裕度對測量提出更大的挑戰(zhàn) 購買儀器的頻率加快 FPGAsFPGAs更加廣泛的應(yīng)用更加廣泛的應(yīng)用: : 簡單的采用參考設(shè)計不再可行 對于整體性能的模擬變得更困難 需要對I/O 進(jìn)行定性分析2.5 Gb/s5 Gb/s8 Gb/s2003 20082006201120092014PCI ExpressPage 4關(guān)鍵高速串行關(guān)鍵高速串行I/OI/O技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Gb/sEthernetDisplayPortPCI ExpressAva

3、ilablePlannedSerial ATASASHDMIFibre ChannelUSBFB-DIMMDDR5G480M2.5G5G8G1.5G3G6G1.5G3G6G1G2G4G8G16G1G3.125 (XAUI)10G4.8G9.6G1G1.6G3.4G2.7G1.6G5.4GSignal Integrity is important5G高速信號完整性的挑戰(zhàn)高速信號完整性的挑戰(zhàn)數(shù)據(jù)速率越來越快上升時間越來越快反射越來越大 在頻域進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析Aerospace and Defense Symposium 2009 Agilent Technologies, Inc. 2009 背板芯

4、片封裝電纜PCB連接器連接器高速互連面臨挑戰(zhàn)高速互連面臨挑戰(zhàn)議題議題 高速總線的發(fā)展趨勢 高速互連的信號完整性分析 安捷倫應(yīng)對高速互連的測量和分析的解決方案 物理層測試系統(tǒng)(PLTS)對連接器等高速互連的測試和分析Signal IntegrityJuly 2009Page 7Signal IntegrityJuly 2009Page 8什么是信號完整性什么是信號完整性?driverreceiverSeries termination (40 Ohms)3” PCB Trace信號完整性信號完整性 :信號互連的電氣特性引起顯著的數(shù)字信號失真信號互連的電氣特性引起顯著的數(shù)字信號失真需要考慮傳輸線的

5、效應(yīng)，比如阻抗需要考慮傳輸線的效應(yīng)，比如阻抗3” PCB Tracedrivertrise0.5 UI 經(jīng)校準(zhǔn)、綜合一致的抖動注入：RJ、RJ-LF、RJ-HF、PJ1、PJ2、SJ、BUJ、ISI、正弦干擾、SSC 和剩余 SSC 出色的信號性能和靈敏度 內(nèi)置CDR和可調(diào)節(jié)、一致的環(huán)路帶寬 用于正向時鐘設(shè)備的半速率時鐘和可變占空比 可測量 BER、BERT 掃描、RJ/DJ 分離的 TJ、眼圖、眼圖模板、BER 輪廓、自動抖動容限，并可捕獲碼型 使用 60 種模塊碼型序列發(fā)生器產(chǎn)生 PRBS 和碼型 所有選件都可以從 N4903A 進(jìn)行改型和升級N4903B 分析功能分析功能 以標(biāo)準(zhǔn)的一致性

6、模板測量眼圖表征眼圖張度，在1e-12誤碼率情況下眼圖輪廓BERT掃描顯示浴盆曲線，TJ,RJ,DJ自動化的抖動容限測試議題議題 高速總線的發(fā)展趨勢 高速互連的信號完整性分析 安捷倫應(yīng)對高速互連的測量和分析的解決方案 物理層測試系統(tǒng)(PLTS)對連接器等高速互連的測試和分析Signal IntegrityJuly 2009Page 30信號完整性與信號完整性與S S參數(shù)的關(guān)系參數(shù)的關(guān)系R1R1=R2=Z0阻抗被很好控制，損耗較小阻抗不連續(xù)，損耗較大R1,R2Z0S11高：高反射S21低：低傳輸VrViViR2ViVtZ0Z0R1R2Z0Z0S11低：低反射S21高：高傳輸單端S參數(shù)和TDR/T

7、DT的關(guān)系回波損耗或TDR插入損耗 or TDT近端串?dāng)_ (NEXT)遠(yuǎn)端串?dāng)_ (FEXT)4端口單端器件端口 1端口 3端口 2端口 4頻域參數(shù)時域參數(shù)FFT 或 IFFT混合模式混合模式S S參數(shù)參數(shù)物理層測試系統(tǒng)物理層測試系統(tǒng)(PLTS) (PLTS) 主要特點支持 VNA 和 TDR校準(zhǔn)引導(dǎo)直接控制儀器去嵌入虛擬碼形發(fā)生器眼圖仿真RLCG 提取模型輸出到 ADS 或 HSPICEGPIB功能強(qiáng)大的分析工具，包括一體化時域反射計（TDR）、時域傳輸（TDT）、頻域和眼圖等 對單端、差分、共模和模式轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行全面表征, 先進(jìn)的校準(zhǔn)技術(shù)消除測量設(shè)備和電纜的誤差并在被測件上建立參考平面PLT

8、S提供了全面的特性表征提供了全面的特性表征頻域 (S-參數(shù))時域 (TDR/TDT)前向、反向測試傳輸，反射測量單端，差模，共模和模式轉(zhuǎn)換眼圖仿真RLCG 參數(shù)提取S-參數(shù)TDR眼圖RLCG參數(shù)PLTS單次測量取得所有結(jié)果單次測量取得所有結(jié)果2/28/2003差分TDR (TDD11)使用直觀的時域數(shù)據(jù)，可以觀察阻抗不連續(xù)的位置。 表明在連接器的位置上的額外電容性，可以通過優(yōu)化通孔的大小改善系統(tǒng)帶寬。 眼圖分析通過數(shù)字碼型發(fā)生器修改信號邊沿速率和數(shù)據(jù)速率來激勵模擬和預(yù)測真實運(yùn)行情況下的眼圖閉合問題?；旌夏Ｊ絋CD21)使用模式轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù), 可以發(fā)現(xiàn)EMI的敏感度問題。觀察差分激勵和共模響應(yīng)的圖形

9、可以揭示不期望的模式轉(zhuǎn)換,重新改善差分鏈路結(jié)構(gòu)避免這些問題。頻域分析從頻域角度觀察數(shù)據(jù)可以揭示系統(tǒng)傳輸?shù)木€性度和反射問題。PLTS PLTS 眼圖分析眼圖分析眼圖測得的數(shù)據(jù) (TDR or VNA)沖擊響應(yīng)卷積PLTS 虛擬眼圖發(fā)生器 PLTSPLTS RLCG RLCG 模型提取模型提取R11R12ResistanceCapacitanceInductanceConductanceResistanceCapacitanceInductanceConductanceL11G11C11L12C12G12lRLCG 模型采用等效電路的方法描述無源傳輸線的電特性lPLTS 能產(chǎn)生基于測量的耦合傳輸線

10、的精確模型lPLTS 能將RLCG輸出到建模與仿真軟件如Agilent 的ADS, Synopsis的 HSPICE等ADS 原理圖傳輸線的RLCG 模型ADS 設(shè)計軟件S 參數(shù) Citifile TouchstoneRLCG 測量的參數(shù) ML2CTL 模型被測件 探針臺和探針4-端口 TDR 或 VNA時域觀察和分析測量數(shù)據(jù)Calibration and Measurements!S 參數(shù)HSPICEW-Element 模型PLTS 軟件建模與仿真建模與仿真PLTS 測量精度和可溯源性測量精度和可溯源性 校準(zhǔn)引導(dǎo)簡化了誤差修正的過程自動完成（手動需幾個小時才能完成的有50多個步驟的4端口TD

11、R誤差修正）完整的4-端口 VNA 誤差修正幾分鐘內(nèi)完成時域反射計矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀PLTS PLTS 時域門時域門CommonFWD TDRFWD TDRFWD TDRFWD TDRREV TDRFWD TDTREV TDRREV TDRREV TDRFWD TDTFWD TDTREV TDTREV TDTFWD TDTREV TDTREV TDT阻抗 時延Gating之前Gating之后實例：實例：XAUI XAUI 背板測試背板測試重要發(fā)現(xiàn)底層損耗較大過孔處發(fā)生模式轉(zhuǎn)換Characterization of a High-Speed Differential ChannelPage 43在不

12、同數(shù)據(jù)速率下驗證眼圖在不同數(shù)據(jù)速率下驗證眼圖2.5GB/sec5GB/sec10GB/sec12.5GB/sec對比：實際測試與對比：實際測試與PLTS的眼圖分析的眼圖分析6.25G on FR4 shortest connection (J0-J5)DCAPLTS3.125G on FR4 shortest connection (J0-J5)DCAPLTS特性表征報告特性表征報告Easy accessAutomaticMultiple formatsTDR和和VNA比較比較TDR和VNA沒有本質(zhì)區(qū)別，TDR從時域角度進(jìn)行測試，VNA從頻域角度進(jìn)行測試DUT Receiver幅度幅度相位相位

13、Network Analyzer參考BRAPLTS PLTS 測試儀表的區(qū)別測試儀表的區(qū)別Ei接收機(jī)脈沖發(fā)生器脈沖發(fā)生器DUTEr時域反射計時域反射計 (TDR)網(wǎng)絡(luò)分析儀網(wǎng)絡(luò)分析儀 (VNA)反射傳輸Sine Wave參數(shù)測試（傳輸反射特性）參數(shù)測試（傳輸反射特性）S-parameters阻抗測試阻抗測試Impedance&TDR動態(tài)范圍動態(tài)范圍VNAVNA最大最大 PNA TDR 歸一化20pS TDR 只校準(zhǔn)參考面TDR 的寬帶接收機(jī)高噪底低信噪比低動態(tài)范圍VNA 的窄帶接收機(jī)低噪底高信噪比高動態(tài)范圍E5071C 的 TDR 選件是內(nèi)嵌在ENA測試軟件內(nèi)的應(yīng)用選件，他具有如下特點

14、 操作簡單便捷 測試快速精確 由于傳統(tǒng)TDR儀器的防靜電能力 對于高速串行互聯(lián)分析而言，它是一體化的測試方案E5071C TDR選件選件Similar look and feel to TDR oscilloscopeE5071C TDR選件選件New Option TDROption 010Need a lot of key operationOption 010 vs Option TDR時域時域頻域頻域時域時域頻域頻域E5071C TDR選件選件Time searchZoomSelectable rise time definition(10-90%, 20-80%)PeelingRis

15、e time search(10-90%, 20-80%)Max & Min searchWaveform data & memoryNine markers時域時域頻域頻域E5071C TDR選件選件Bit pattern type selectionBit length selection up to 215Mask pattern editPre-defined built-in masksUser-defined masks時域時域頻域頻域眼圖眼圖E5071C TDR選件選件TDR Setup Wizard4 steps !Fast & AccurateESD

16、RobustnessSimple & IntuitiveE5071C TDR選件選件DUT: 50 Ohm patternFast & AccurateESD RobustnessSimple & IntuitiveE5071C TDR選件選件ENA Option TDR1 ohm/divTDR Oscilloscopes1 ohm/div 基于網(wǎng)絡(luò)儀的TDR測試 = 低噪聲低噪聲DUT: 50 Ohm patternFast & AccurateESD RobustnessSimple & IntuitiveE5071C TDR選件選件ENA Opti

17、on TDR1 ohm/divAveragingTDR Oscilloscopes1 ohm/div 平均平均 雖然能提高測試的精度但DUT: 50 Ohm patternFast & AccurateESD RobustnessSimple & IntuitiveE5071C TDR選件選件ENA Option TDR1 ohm/divAveragingTDR Oscilloscopes1 ohm/div實時 分析DUT: 50 Ohm patternFast & AccurateESD RobustnessSimple & IntuitiveE5071C T

18、DR選件選件ESD RobustnessTDR oscilloscope is sensitive to ESDFast & AccurateESD RobustnessSimple & IntuitiveE5071C TDR選件選件Fast & AccurateESD RobustnessSimple & IntuitiveESD 內(nèi)置的保護(hù)電路ESD RobustnessE5071C TDR選件選件RobustnessFast & AccurateSimple & IntuitiveImplementing a protection circuit is difficult, because it