信号完整性测试资料
信号完整性常用的三种测试方法

信号完整性常用的三种测试方法信号完整性是指在传输过程中信号能够保持原始形态和准确性的程度。
在现代高速通信和数字系统中,信号完整性测试是非常重要的工作,它能够帮助工程师评估信号的稳定性、确定系统的极限速率并发现信号失真的原因。
下面将介绍三种常用的信号完整性测试方法。
一、时域方法时域方法是信号完整性测试中最常见和最直观的方法之一、它通过观察信号在时间轴上的波形变化来评估信号的完整性。
时域方法可以检测和分析许多类型的信号失真,如峰值抖动、时钟漂移、时钟分布、幅度失真等。
时域方法的测试设备通常包括示波器和时域反射仪。
示波器可以显示信号的波形和振幅,通过观察波形的形状和幅度变化来判断信号完整性。
时域反射仪可以测量信号在传输线上的反射程度,从而评估传输线的特性阻抗和匹配度。
二、频域方法频域方法是另一种常用的信号完整性测试方法。
它通过将信号转换为频域表示,分析信号的频谱分布和频率响应来评估信号完整性。
频域方法可以检测和分析信号的频谱泄漏、频谱扩展、频率失真等。
频域方法的测试设备通常包括频谱分析仪和网络分析仪。
频谱分析仪可以显示信号的频谱图和功率谱密度,通过观察频谱的形状和峰值来评估信号完整性。
网络分析仪可以测量信号在不同频率下的响应和传输损耗,从而评估传输线的频率响应和衰减特性。
三、眼图方法眼图方法是一种特殊的信号完整性测试方法,它通过综合时域和频域信息来评估信号的完整性。
眼图是一种二维显示,用于观察信号在传输过程中的失真情况。
眼图可以提供信号的时钟抖动、峰值抖动、眼宽、眼深、眼高等指标。
眼图方法的测试设备通常包括高速数字示波器和信号发生器。
高速数字示波器可以捕捉信号的多个周期,并将其叠加在一起形成眼图。
通过观察眼图的形状和特征,工程师可以评估信号的稳定性和传输质量。
总结起来,时域方法、频域方法和眼图方法是常用的信号完整性测试方法。
它们各自具有独特的优势和适用范围,可以互相协作来全面评估信号的完整性。
在实际应用中,根据具体需求和测试对象的特点,选择合适的测试方法是非常重要的。
信号质量测试资料

产生 原因 解决 建议
匹配不当(例如匹配阻抗过大、过小)。 更改为合适的匹配电阻/阻抗。
回勾(台阶)
类型 上升沿回勾 振铃
图例
危害
1)主要是时钟类信号上的回勾有危害,可能会使得采样到多余的数据(相当于多 了一拍时钟),影响了时钟信号上升沿和下降沿的单调性; 2)对于电源信号,上电边沿的回勾可能导致系统死机,需要结合复位信号判断是 否可以接受; 3)数据信号由于一般是在数据的中间采样,回勾的影响不是很大(除非速率很高, 建立保持时间1~2ns,这时需要考虑回勾对数据的影响)。
延)。探头和示波器的带宽要超过信号带宽的3~5倍以上;
示波器选择与使用要求:
4)示波器的采样速率:表示为样点数每秒(S/s),指数字示波器
对信号采样的频率。为了准确再现信号,根据香农(Shannon)定
律,示波器的采样速率至少需为信号最高频率成分的2倍; 5)量程应尽量小,波形尽量展开,以方便观察波形变化的细节, 并准确测量其幅值; 6)测量信号边沿时,应选用合适的边沿触发;
保持时间不够,读写数据处理过程中同 样可能读写到错误数据
产生 原因 解决 建议
设计时没有考虑清楚,设计出错。或者没有考虑到设计容限范围,在某些异常情 况下(例如温度变化使得器件参数漂移)建立、保持时间不够。 1、设计时把时钟从FPGA/CPLD中引出,在设计裕度不够时可以调节; 2、对于时钟边沿采样信号,尽量使得采样时钟边沿在数据的中间,这样尽管器件 参数漂移,设计上还是有较大的裕度。
信号质量测试人员要求:
1)熟悉逻辑电平的基本知识,熟练掌握示波器的使用方法; 2)对被测单板的原理电路有深刻认识,对信号分类有清楚 认识,了解板上器件的工作速度和工作电平。
示波器选择与使用要求:
【信号完整性测试】—频域测试(频谱、频域阻抗、传输线损耗)、误码测试 及 设备仪器

【信号完整性测试】—频域测试(频谱、频域阻抗、传输线损耗)、误码测试及设备仪器概述信号完整性设计,在电路板设计过程中备受重视。
熟悉各类测试方法的特性,按照测试对象的特征和需求,选用合适些测试方法,对于选择方案,验证效果能够大大提高效率。
上篇,我们介绍了时域测试,其中涵盖波形测试、眼图测试、抖动测试、TDR测试、时序测试。
频域测试本篇,我们进一步介绍频域测试(频谱测试、频域阻抗测试、传输线损耗测试)、误码测试。
01频谱测试在开发前期,产品的测试应用较少。
然而在后期的系统测试,许多产品必须经历测试过程(如EMC的试验)。
通过测试发现一些超标的频点,再使用近场扫描仪(核心仪器频谱仪)。
egEMC Scanner分析电路板上具体的区域频谱超标,从而排查超标的原因。
这类设备通常较昂贵,一遍机构都不具备条件。
因此常规情况下都是在设计前期考虑做好匹配和屏蔽,规避后期测试的结果不达标。
02频域阻抗测试目前有许多标准接口如E1(欧洲)/T1(北美)等,目的在于避免太多的能力反射;需要进行较好的匹配,同时在微波或者射频,互相对接,阻抗都有所要求。
通常情况下,需要进行频域的阻抗测试,阻抗测试常用网络分析仪(Network Analyzer),单端输入端口简单,差分输入端口,较为复杂,需要巴伦进行差分和单端转换。
03传输线损耗测试⏹主要针对长的电路板走线、线缆等,传输距离较远,⏹进行高速信号传输、频域的串扰等,均可以通过网络分析仪来测试。
因此,对于PCB的差分信号或者双绞线,可以使用巴伦进行差分转换单端,或者使用4端口网络分析仪来测试。
误码测试误码测试通常是系统测试,使用误码仪、部分软件都可以完成测试。
或通过两台PC,使用软件,测试连接两台PC间的网络误码情况。
误码测试能够对数据的每一位进行测试,相比其它仪器(如示波器)只是部分时间开展采样,剩下大部分时间都在等待。
容易遗漏细节。
尤其是低误码率的设备,误码测试需要耗费大量时间,有时耗时一整天,或者几天。
(完整word版)信号完整性研发测试攻略2.0

信号完整性测试指导书——Ver 2.0编写:黄如俭(sam Huang)钱媛(Tracy Qian)宋明全(Ivan Song)康钦山(Scott Kang)目录1. CLK Test (4)1.1 Differential Signal Test (4)1.2 Single Signal Test (7)2. LPC Test (8)2.1 EC Side Test (8)2.2 Control Sidse Test (9)3. USB Test (12)3.1 High Speed Test (12)3.2 Low Speed Test (13)3.3 Full Speed Test (13)3.4 Drop/Droop Test (14)4. VGA Test (16)4.1 R、G、B Signal Test (16)4.2 RGB Channel to Channel Skew Test (17)4.3 VSYNC and HSYNC Test (17)4.4 DDC_DATA and DDC_CKL Test (18)5. LVDS Test (19)5.1 Differential data signals swing Test (19)5.2 Checking Skew at receiver Test (20)5.3 Checking the offset voltage Test (21)5.4 Differential Input Voltage Test (23)5.5 Common Mode Voltage Test (24)5.6 Slew Rate Test (25)5.7 Data to Clock Timing Test (27)6. FSB Test (30)7. Serial Data(SATA/ESATA, PCIE, DMI,FDI)Test (33)8. HD Audio Test (35)8.1 Measurement at The Controller (35)8.2 Measurement at The Codec (36)9. DDR2 Test (39)9.1 Clock (39)9.2 Write (40)9.3 Read (42)10.Ethernet Test (44)11.SMbus Signal Test (45)12. HDMI Test (47)13. DisplayPort Test (48)1. CLK Test1.1 Differential Signal Test测试设备:示波器,两个差分探头,鼠标,键盘测试软件:3D MARK,负载测试步骤:(1)开启示波器预热30分钟,运行测试软件。
信号完整性测试报告

信号完整性测试报告1. 引言信号完整性测试是电子设备设计和制造过程中的关键步骤之一。
它旨在评估信号传输路径中的数据完整性,以确保信号在各个环节中没有失真或丢失。
本报告将介绍信号完整性测试的目的、测试方法、测试结果及建议。
2. 测试目的信号完整性测试的主要目的是验证信号在传输过程中的质量。
通过测试,可以确定信号是否满足设计要求,并找出潜在的问题。
这些问题可能包括信号失真、时钟抖动、串扰干扰等。
通过测试,可以提前发现并解决这些问题,确保信号的可靠传输。
3. 测试方法3.1 测试设备在进行信号完整性测试之前,需要准备以下测试设备:•示波器:用于观察信号波形和测量信号参数。
•信号发生器:用于产生测试信号。
•矢量网络分析仪:用于测量信号的频率响应和传输损耗。
3.2 测试流程信号完整性测试的基本流程如下:1.设置测试设备:连接示波器、信号发生器和矢量网络分析仪,并确保其正常工作。
2.准备测试样品:将待测试的电子设备或电路板连接到测试设备上。
3.产生测试信号:使用信号发生器产生测试信号,并将其输入到待测试的设备或电路板上。
4.观察信号波形:使用示波器观察信号波形,检查是否存在任何失真或干扰。
5.测量信号参数:使用示波器测量信号的幅度、频率、上升时间等参数。
6.使用矢量网络分析仪:如果需要更详细的信号特性分析,可以使用矢量网络分析仪进行频率响应和传输损耗的测量。
3.3 数据记录与分析在进行信号完整性测试期间,需要记录所有测试数据,并进行分析。
这些数据包括信号波形、信号参数测量结果以及任何异常情况的记录。
通过对测试数据的分析,可以确定信号的质量是否符合设计要求,并找出潜在的问题。
4. 测试结果与建议根据信号完整性测试的结果,可以得出以下结论和建议:•如果信号波形正常且符合设计要求,说明待测试的设备或电路板的信号传输路径基本上没有失真或干扰。
建议进行进一步的功能测试和验证。
•如果信号波形存在失真或干扰,需要进一步分析问题的原因。
信号完整性的测试方法介绍

信号完整性的测试方法介绍
信号完整性的测试手段很多,涉及的仪器也很多,因此熟悉各种测试手段的特点,以及根据测试对象的特性和要求,选用适当的测试手段,对于选择方案、验证效果、解决问题等硬件开发活动,都能够大大提高效率,起到事半功倍的作用。
表1:信号完整性测试手段分类。
信号完整性的测试手段
信号完整性的测试手段主要可以分为三大类,如表1所示。
表中列出了大部分信号完整性测试手段,这些手段既有优点,但是也存在局限性,实际上不可能全部都使用,下面对这些手段进行一些说明。
1.波形测试
波形测试是信号完整性测试中最常用的手段,一般是使用示波器进行,主要测试波形幅度、边沿和毛刺等,通过测试波形的参数,可以看出幅度、边沿时间等是否满足器件接口电平的要求,有没有存在信号毛刺等。
由于示波器是极为通用的仪器,几乎所有的硬件工程师都会使用,但并不表示大家都使用得好。
波形测试也要遵循一些要求,才能够得到准确的信号。
首先是要求主机和探头一起组成的带宽要足够。
基本上测试系统的带宽是测试信号带宽的3倍以上就可以了。
实际使用中,有一些工程师随便找一些探头就去测试,甚至是A公司的探头插到B公司的示波器去,这种测试很难得到准确的结果。
其次要注重细节。
比如测试点通常选择放在接收器件的管脚,如果条件限制放不到上面去的,比如BGA封装的器件,可以放到最靠近管脚的PCB走线上或者过孔上面。
距离接收器件管脚过远,因为信号反射,可能会导致测试。
信号测试简介及SPI测试举例

SPI主模块和与之通信的外设备时钟相位和极性应该一致。
3、信号测试
水浸检测器部分原理图
信号质量测试
谢谢!
2、通信原理
SPI的通信原理很简单,它以主从方式工作,这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备,需要 至少4根线,事实上3根也可以(用于单向传输时,也就是半双工方式)。也是所有基于SPI的设备共 有的,它们是SDI(数据输入)、SDO(数据输出)、SCLK(时钟)、CS(片选)。 (1)MOSI– SPI总线主机输出/ 从机输入(SPI Bus Master Output/Slave Input); (2)MISO– SPI总线主机输入/ 从机输出(SPI Bus Master Input/Slave Output); (3)SCLK –时钟信号,由主设备产生; (4)CS – 从设备使能信号,由主设备控制(Chip select),有的IC此pin脚叫SS。 其中CS是控制芯片是否被选中的,也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时(高电位或低电 位),对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。
二、数据协议 通讯是通过数据交换完成的,这里先要知道SPI是串行通讯协议,也就是说 数据是一位一位的传输的。这就是SCLK时钟线存在的原因,由SCK提供时钟 脉冲,SDI,SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO线,数据 在时钟上升沿或下降沿时改变,在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成 一位数据传输,输入也使用同样原理。这样,在至少8/16次时钟信号的改 变(上沿和下沿为一次),就可以完成8/16位数据的传输。 在点对点的通信中,SPI接口不需要进行寻址操作,且为全双工通信, 显得简单高效。在多个从设备的系统中,每个从设备需要独立的使能信号 ,硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。 数据方向和通信速度 SPI传输串行数据时首先传输最高位。波特率可 以高达5Mbps,具体速度大小取决于SPI硬件。 SPI接口的一个缺点:没有指定的流控制,没有应答机制确认是否接收到数 据
眼图测试(信号完整性测试)-HDMI2.1

眼图测试(信号完整性测试)-HDMI2.1眼图测试(信号完整性测试)-HDMI2.1HDMI是指⾼清多媒体接⼝,英⽂全称HighDefinitionMultimediaInterface,HDMI接⼝⼴泛应⽤于机顶盒、个⼈计算机、电视、游戏主机、综合扩⼤机、数字⾳响与电视机等设备。
HDMI是⼀种全数字化视频和声⾳发送接⼝,可以发送未压缩的⾳频及视频信号。
⽬前HDMI2.1CTS规范已经全⾯发布,随着HDMI2.1技术更新,HDMI2.1与HDMI1.4/2.0技术规范⼤不同,最新的HDMI2.1规范增加了8K分辨率和eARC的⽀持,给产品开发和测试带来了诸多挑战。
HDMI2.1信号完整性性测试整体⽅案完全向下兼容HDMI?2.0/1.4b,总有关HDMI2.1信号量测相关内容,值得测试⼯程师阅读,篇幅较长,内容概况如下:1、HDMI2.1?有那些新功能2、HDMI2.1Source信号完整性测试⽅案3、HDMI2.1Sink信号完整性测试⽅案⼀HDMI2.1有哪些新功能图1.1?HDMI框图图1.2?HDMITMDS差分对图1.3?HDMI链路测试点?图1.4?HDMI?新功能?图1.5?HDMI?FRL(Fix edRateLink)Mode图1.6HDMI?FRLLinkTraining状态机图1.7?HDMI?FRLLinkTraining流程图1.8?HDMISCDC架构⼆HDMI2.1?Source信号完整性测试⽅案1、HDMI 2.1Source测试挑战:(1)推荐⽰波器和探棒带宽的20GHz或以上(2)新的HDMI2.1治具(3)HDMI 2.0fixture不适⽤于HDMI2.1测试(4)复杂的测试⽅法,考虑插⼊损耗和串扰(5)Source测试需要⽀持新的cable模型和均衡技术(6)Cable模型?Worstcablemodel3?和?ShortCableModel3(7)?DFEandCTLE(8)?EDID/SCDC控制器需要升级(9)涉及多次采集(10)9个测试项⽬,需要超过34次和采集和90+波形图2.1?FRLSource测试项⽬图2.2?HDMI2.1Source测试配置图2.3?FRLSo urce测试⾃动化采集图2.4?FRLSource测试⾃动化采集的难点图2.5?HDMI?2.1?FRL?TX测试装置图2.6FRLSource测试端接电压图2.7?FRLSource测试?单端/差分信号采集图2.8?FRLSource测试?EDID设置图2.9?FRLSource测试?信号速率设定图2.10?FRLSource测试?码型设定图2.11?FR LSource测试TP2_EQEye图2.12?FRLSource测试⼀致性软件图2.13?FRLSource⼿动测试⽅案HDMI2.1Source测试⼩结:(1)HDMI2.1⽅案MOI已获HDMI协会组织的⼀致性规范批准;(2)HDMI认证中⼼(ATC)已正式采⽤泰克HDMI2.1⽅案;(3)⽀持4通道符合CTS规范的>20GHz全带宽同时采集,⾼效省时;(4)?真正的全⾃动化,过程中⽆需任何⼈⼯⼲预,⼀次连接且测试中⽆须改变任何连接,DUT的测试码型和速率切换实现全⾃动控制。
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缺点 受到模型准确度的限制,特别是链路 模型的精度 不能真实反应信号真实运行环境
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链路建模的两种方法:仿真和测试
目前常用的高速测试仪器
– 信号波形质量:实时示波器DPO70K/ 采样示波器DSA8200 – 信号时序关系:逻辑分析仪 TLA5K/TLA7K – 频域测试:采样示波器DSA8200/实 时频谱仪
一致性验证工具
– 采集数据 – 按照标准分析;得出与标 准的符合情况 – 构建基于示波器的专用测 试系统
数据采集器
– 采集数据后分析处理 – 宽带射频接收机
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示波器的关键指标
带宽和上升时间
–探头带宽选择
想看看不到
时序不满足带来的问题
–建立时间和保持时间违规会带来数据读取上的问题比如误码等 –毛刺
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建立/保持时间
数据 时钟
D CK
Q
输出
数据
输出
时钟
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违反建立时间
数据 时钟 D CK Q 输出
数据 输出
?
时钟
建立
保持
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PI问题:引起的原因
1k
100 10 1
Active 1.0 pF/1 M
Zo 0.15 pF/500
1X Passive 100 pF/1 M
100
1k
10k
100k
1M
10M
100M
1G
10G
Frequency
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典型的高速探头
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基于示波器的信号完整性测试
观察信号的有无,大致是否和期望相符 定量分析信号的特性,测量幅度、频率、上升时间、下降时间、脉冲宽度、脉 冲个数、过冲等„„ 观测电路是否有偶发故障,并分析其重复性,研究其成因 信号完整性测试,是否有噪声、过冲、振铃、非单调、抖动等特性 射频信号频谱、调制分析 捕获信号,研究其和一些标准(自定义的或者标准化组织制订的)的对应情况, 得到规范的测试报告
信号完整性测试的基础——信号保真度
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信号完整性测试的工具
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信号完整性的基本分析方法
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高速信号完整性测试的准备
需要了解的背景知识
–信号完整性的概念和内容 –常见的信号完整性问题的现象、原因 –常见的信号完整性问题解决方法 –对软件仿真、硬件设计、PCB设计测试的了解
Tx + Interconnect
Interconnect (by itself)
Rcv
3
Tx
+ + - path
+ + -
Test point
4
Test point
+ path
+ -
Test point
Tx+ +来自- path path+ +
-
Test point
Rcv
Test point
+
path path
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抖动、噪声和误码原因分析
链路的BER只受到抖动影响
– 抖动分离可以查看根本原因 – 准确的BER推断和浴缸曲线
信号损伤主要是抖动
有时引起BER的原因主要是噪声
– 抖动分离对了解BER性能根本原因的作用非常小
信号损伤主要是噪声
通常情况下同时受到抖动和噪声的影响
– 抖动分离只能解决部分问题
„我发现眼图是闭合的
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均衡和预加重的测试
软件实现均衡:
张开眼图进行显示 (示波 器作为接收端)
让设计人员看到接收端内 部的信号波形情况
我们可以使用80SJNB软件 分析均衡后的信号
针对已知PRBS码型自动获 得 Taps 值
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抖动、眼图和浴盆曲线
差分信号传输过程会受到探头负载影响
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探头的选择——等效负载举例
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探头输入阻抗对信号传输的影响
Input Impedance
100M 10M 1M 100k 10k 10X Passive 10 pF/10 M 10X Passive probe loading goes to 159 at 100 MHz
调试
–调试的目的:发现问题,解决问题 –问题是否是硬件设计的问题? –问题是否是器件的原因:驱动能力?模型? –问题是否是布局布线的问题:拓扑?端接?阻抗?走线长度?串扰?
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信号完整性在硬件不同阶段的工作
需求分析、方案选 择(define)
原理图设计阶段 (sch design)
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链路建模的两种方法:仿真和测试
目前常用的高速电路仿真软件
– – – ANSOFT HSPICE CADENCE
建立在模型的基础上
– 器件厂家提供的IBIS模型/SPICE模 型/S参数等 – 自己建模得到的链路模型如过孔/传 输线模型等
优点 节约硬件成本:可以在设计前进行仿 真分析 降低设计风险 灵活:不同走线长度,不同速率,不 同环境情况下的分析
– PCIE、SATA、Ethernet、USB„„
使用示波器采集和存储信号,并用其它自定义方法分析 电流-电压和瞬态功率测量
测试系统的组成部分
„„
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示波器的几个角色
最通用的调试工具
– – – – 发现问题 定位问题 分析问题 解决问题
观察信号的有无,大致是否和期望 相符
抖动和噪声同时造成信号损伤
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更完整/更准确地分析BER
更准确地推断眼图轮廓和BER
误码率 (BER)
抖动分离
噪声分离
= 无界 = 有界
总抖动 (TJ)
总噪声 (TN)
随机抖动 (RJ)
确定性抖动 (DJ)
随机噪声 (RN)
确定性噪声 (DN)
周期性抖动 (PJ)
数据相关抖动 (DDJ)
信号完整性分析的目的就是用最小的成本,最快的时间使产品达到波形完 整性、时序完整性、电源完整性的要求。
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测试能帮我们做些什么?
验证
–验证我们的硬件设计是否符合设计要求 –验证我们的信号质量是否达到设计要求:波形,时序,电源 –验证仿真结果和实测结果的一致性:波形,时序,电源 –验证模型的准确性
串扰引起的现象和根源
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波形的测试--单调性测试
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波形的测试--地弹
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波形的测试——反射
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眼图测试——噪声
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眼图测试——抖动
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茶歇和Q/A
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f0 =
DUT
NOTE: VCC 为交流对地
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你的电路是这辆车,货物是探头负载
太重的探头负载会让信号不能正常工作!
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探头的选择——等效负载举例
一个CMOS逻辑器件驱动了七个门,连接了一个10X衰减探头后有什么后 果? CMOS电路,24pf/Load,3fp/Gate
电源分配系统设计主要包括电压调整模块、去耦电容和电源/地平面三 方面的设计。设计不当产生的后果是同步切换噪声(SSN),也被称为 同步切换输出(SSO)或电源/地弹噪声,主要是由封装和插座电感而引 起的。
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PI问题:测试
测试工具:示波器,50欧姆同轴电缆,50欧姆可焊接电缆,隔直板 选择AC耦合,50欧姆输入阻抗测试全频段的噪声,之后选择1M欧姆输入 阻抗测试低频段噪声。同时通过FFT变换,知道频谱分布。
+
+ -
Test point
Tx
+ + - -
+ + -
Test point
Rcv
Test point
+ -
Test point
-
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信号完整性内容
波形完整性(Waveform integrity) 时序完整性(Timing integrity) 电源完整性(Power integrity)
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波形测试
幅度、上升时间、下降时间、频率、周期、单调性、噪声、上冲下冲、 振铃等等 毛刺、矮波、宽度等 抖动测试、眼图测试
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波形测试——模板测试
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时序测试
时序测试的内容:
–建立时间、保持时间测试 –走线长度测试 –抖动测试
高精度信号完整性基础
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内容
信号完整性内容 高精度信号完整性测试基础
–信号保真度 –信号完整性测试的关键指标 –流行的信号完整性测试设备