高速信号完整性工程师培训课程-HDMI
信号完整性测试
信号完整性测试硬件电路测试中非常重要的一项是信号完整性测试，特别是对于高速信号，信号完整性测试尤为关键。
完整性的测试手段种类繁多，有频域，也有时域的，还有一些综合性的手段，比如误码测试。
不管是哪一种测试手段，都存在这样那样的局限性，它们都只是针对某些特定的场景或者应用而使用。
只有选择合适测试方法，才可以更好地评估产品特性。
本文将讲解常用的一些测试方法和使用的仪器。
一、波形测试使用示波器进行波形测试，这是信号完整性测试中最常用的评估方法。
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。
波形测试也要遵循一些要求，比如选择合适的示波器、测试探头以及制作好测试附件，才能够得到准确的信号。
下图是DDR在不同端接电阻下的波形。
常见的示波器厂商有是德科技、泰克、力科、罗德与施瓦茨、鼎阳等等。
二、时序测试现在器件的工作速率越来越快，时序容限越来越小，时序问题导致产品不稳定是非常常见的，因此时序测试是非常必要的。
一般，信号的时序测试是测量建立时间和保持时间，也有的时候测试不同信号网络之间的偏移，或者测量不同电源网络的上电时序。
测试时序基本都是采用的示波器测试，通常需要至少两通道的示波器和两个示波器探头（或者同轴线缆）。
下图是测量的就是保持时间：三、眼图测试眼图测试是常用的测试手段，特别是对于有规范要求的接口，比如USB、Ethernet、PCIE、HDMI和光接口等。
测试眼图的设备主要是实时示波器或者采样示波器。
一般在示波器中配合以眼图模板就可以判断设计是否满足具体总线的要求。
下图是示波器测试的一个眼图：四、抖动测试抖动测试现在越来越受到重视，常见的都是采用示波器上的软件进行抖动测试，如是德科技示波器上的EZJIT。
通过软件处理，分离出各个分量，比如总体抖动（TJ）、随机抖动（RJ）和固有抖动（DJ）以及固有抖动中的各个分量。
对于这种测试，选择的示波器，长存储和高速采样是必要条件，比如2M以上的存储器，20GSa/s的采样速率。
高速信号与信号完整性
什么是高速数字信号？高速数字信号由信号的边沿速度决定，一般认为上升时间小于4倍信号传输延迟时可视为高速信号，而高频信号是针对信号频率而言的。
高速电路涉及信号分析、传输线、模拟电路的知识。
错误的概念是：8KHz帧信号为低速信号。
多高的频率才算高速信号？当信号的上升/下降沿时间< 3~6倍信号传输时间时,即认为是高速信号.对于数字电路，关键是看信号的边沿陡峭程度，即信号的上升、下降时间,信号从10%上升到90%的时间小于6倍导线延时,就是高速信号!即使8KHz的方波信号,只要边沿足够陡峭,一样是高速信号,在布线时需要使用传输线理论。
信号完整性研究：什么是信号完整性?时间:2009-03-11 20:18来源:sig007 作者:于博士点击: 1813次信号完整性主要是指信号在信号线上传输的质量，当电路中信号能以要求的时序、持续时间和电压幅度到达接收芯片管脚时，该电路就有很好的信号完整性。
当信号不能正常响应或者信号质量不能使系统长期稳定工作时，就出现了信号完整性问题，信号完整性主要表现在延迟、反射、串扰、时序、振荡等几个方面。
一般认为，当系统工作在50MHz时，就会产生信号完整性问题，而随着系统和器件频率的不断攀升，信号完整性的问题也就愈发突出。
元器件和PCB板的参数、元器件在PCB板上的布局、高速信号的布线等这些问题都会引起信号完整性问题，导致系统工作不稳定，甚至完全不能正常工作。
1、什么是信号完整性（Singnal Integrity）？信号完整性（Singnal Integrity）是指一个信号在电路中产生正确的相应的能力。
信号具有良好的信号完整性（Singnal Integrity）是指当在需要的时候，具有所必须达到的电压电平数值。
主要的信号完整性问题包括反射、振荡、地弹、串扰等。
常见信号完整性问题及解决方法：问题可能原因解决方法其他解决方法过大的上冲终端阻抗不匹配终端端接使用上升时间缓慢的驱动源直流电压电平不好线上负载过大以交流负载替换直流负载在接收端端接，重新布线或检查地平面过大的串扰线间耦合过大使用上升时间缓慢的发送驱动器使用能提供更大驱动电流的驱动源时延太大传输线距离太长替换或重新布线, 检查串行端接头使用阻抗匹配的驱动源, 变更布线策略振荡阻抗不匹配在发送端串接阻尼电阻2、什么是串扰（crosstalk）？串扰（crosstalk）是指在两个不同的电性能之间的相互作用。
信号完整性培训2
首先我们来看图6-1-1中的电路：这是一个单端逻辑（Single-Ended Logic）电路。 逻辑门A产生一个输出电压信号V1，当该信号沿着线B传输到逻辑门C的输入端时，逻辑门 C需要探测输入的逻辑电平是“1”还是“0”。为了实现这一点，逻辑门C使用一个差分 放大器， 将输入电压的信号幅度与其内部的一个参考电压R进行比较。参考电压R的值由 具体的逻辑电路系列而定，一般是该系列逻辑电路高、低电平之间的中间值。
如图6-1-1所示：假定这个电压参 考值是地电平以上的一个固定的电压 值R，并考虑到一个可能的噪声电压N， 则逻辑门C内差分放大器的输入电压为：
差分 输 Vi 入 NR （6-1-1）
图6-1-1 单端逻辑电路的电压参考
A和C的接地点之间的任何噪声都会在两点间产生一个电压差（用N表示），对于门C内 的差分放大器，原零电压电平的地参考电压就变成了噪声电压N，原参考电压R变成了N+R。 或者说：差分放大器的参考电压R不变，噪声电压N直接加在输入信号上了。不管从那个角 度看这个问题，结论是一样的。这个噪声电压降低了门C的噪声容限（Noise Marge）。
因此，任何逻辑门电路的电源连接点之间也必须是低阻抗连接，同逻辑门电路接地 点之间的低阻抗连接要求是一样的。这是高速系统中电源和地设计的第二个原则。
图6-1-3 电源线上的公共通道噪声
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基本设计原则3
在图6-1-3，信号回流电流要经过供电电 池。很显然，为了保持稳定的输出信号的电 平，电池的内阻必须非常低，同电源的连接， 地连接一样。如图6-1-3所示：电源与地之间 的唯一通道是经过电池。在实际的系统中， 电源与地之间也还可以有其它的低阻抗通道。
多层PCB板系统 电源层 + 地平面层 + 信号布线层
高速电路的信号完整性分析
高速电路的信号完整性分析随着半导体技术和深压微米工艺的不断发展，IC的开关速度目前已经从几十MHz 增加到几百MHz，甚至达到几GHz。
在高速PCB设计中，工程师经常会碰到误触发、阻尼振荡、过冲、欠冲、串扰等信号完整性问题。
本文将探讨它们的形成原因、计算方法以及如何采用IBIS仿真方法解决这些问题。
1 信号完整性定义信号完整性（Signal Integrity，简称SI）指的是信号线上的信号质量。
信号完整性差不是由单一因素造成的，而是由板级设计中多种因素共同引起的。
破坏信号完整性的原因包括反射、振铃、地弹、串扰等。
随着信号工作频率的不断提高，信号完整性问题已经成为高速PCB工程师关注的焦点。
2 反射2．1 反射的形成和计算传输线上的阻抗不连续会导致信号反射，当源端与负载端阻抗不匹配时，负载将一部分电压反射回源端。
如果负载阻抗小于源阻抗，反射电压为负；如果负载阻抗大于源阻抗，反射电压为正。
反射回来的信号还会在源端再次形成反射，从而形成振荡。
现以图1所示的理想传输线模型为例，分析与信号反射有关的重要参数。
图1，理想传输线L被内阻为R0的数字信号驱动源Vs驱动，传输线的特性阻抗为Z0，负载阻抗为RL。
如果终端阻抗（B点）跟传输线阻抗（A点）不匹配，就会形成反射，反射回来的电压幅值由负载反射系数ρL决定。
Ρt可由式（1）得出：ρL=（RL-Z0）/（RL+Z0） （1）从终端反射回的电压到达源端时，可再次反射回负载端，形成二次反射，此时反射电压的幅值由源反射系数ρs决定，ρs可由式（2）得出：ρs=(R0-Z0)/(R0+Z0) (2)精确计算反射系数和反射电压的关键是确定传输线的特征阻抗，它不仅仅是印制线的电阻。
当印制线上传输的信号速度超过100MHz时，必须将印制线看成是带有寄生电容和电感的传输线，而且在高频下会有超肤效诮和电介质损耗，这些都会影响传输线的特征阻抗。
按照传输线的结构，可以将它分为微带线和带状线。
HDMI线材培训基本知识4
HDMI线材培训基本知识HDMI线材分类市面上的HDMI线材很多都以HDMI版本来区分，如HDMI1.3，HDMI1.4版本线材等等，但HDMI协会并没有按此分类，而是分为以下5种类别的线材：一．Standard HDMI Cable CAT1支持最高分辨率1080i/60和1080p/24hz 已被市场淘汰二．High Speed HDMI Cable CAT2最高采样频率应为340MHz，带宽可达到10.2Gbps。
这类线可支持1080/60p等多种信号格式传输，也支持3D图像的信号传输。
最高还可以支持3840x2160 24Hz/25Hz/30Hz 和4096x2160 24Hz这些格式的图像传送，同时又可支持Deep Color功能(10bit\12bit\16bit颜色显示)。
(支持HDMI1.0-1.4版本功能，不包含ARC，HEC功能)三. Standard HDMI Cable with Ethernet 以Standard HDMI Cable的线材规格为基础，最高采样频率为75MHz，带宽为2.25Gbps，但是加入了音频回传通道功能以及网络连接传输功能，最高可支持100Mbps的网络宽带传送。
（支持HDMI 1.0-1.3abc版本所有功能，包含ARC和HEC功能）四．High Speed HDMI Cable with Ethernet 以High Speed HDMI Cable的规格为基础，最高采样频率为340MHz，带宽可达10.2Gbps，也是加入了音频回传通道功能以及网络连接传输功能。
(支持HDMI1.0-1.4ab版本所有功能)五．Standard Automotive HDMI Cable这是一个和1.4版本HDMI规格一同发布的车用HDMI规格，用来连接各种车载影音设备，只支持720p和1080i的信号传送，不具备网络连接功能。
（一般与HDMI TYPE E接口搭配使用）注：HDMI 2.0版本对应的线材相应标准暂时还没有相关资料解释：ARC为音频回传通道功能；HEC为以太网络传输通道HDMI接口类型HDMI Type A：总共有19pin，尺寸为4.45mm ×13.9mm, 最为常见，主流的输入源输出源均会使用此接口，如PS3，PS4，XBOX-ONE等游戏主机，电脑主机，蓝光DVD等。
信号完整性测试讲课文档
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
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
第十六页，共109页。
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
– 频率 – 时钟选择
▪ 测试仪器的关键指标 –探头影响
– 带宽和上升时间
– 采样模式
–时钟恢复 – 时间精度
第三十八页，共109页。
探头如何影响测量测量系统
VCC
CC VIN
RC
探头及仪表
RP
CP
RE
DUT
NOTE: VCC 为交流对地
没有探头及仪表
有探头及仪表
Gain = - RC
RE
f0 =
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 – PCIE、SATA、Ethernet、USB……
第三十一页，共109页。
高精度信号完整性基础
第三十二页，共109页。
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
▪ 高速电路常见问题和调试技巧 ▪ 衡量高速信号质量的重要手段和方法：眼图和抖动测试与分析
信号完整性培训
tr
tf
上冲又被称为过冲。顾名思义，它指的是沿着信号边沿的跳变方向，信号波形中超出稳定的“1”或 “0”状态电平的部分。 对于上升沿，这应是从“0”到“1”的跳变，在高电平处高于逻辑电平“1” 稳定电压值的部分。 对于下降沿，这应是从“1”到“0”的跳变，在低电平处低于逻辑电平“0” 电压稳定值的部分。
NM H VOH min VIH min NM L VIL max VOL max
这里有两个噪声容限定义：NMH表示高电平状态时的噪声容限, NML表示低电平状态时 的噪声容限。
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二. 信号完整性
信号完整性讨论是为了确保可信的高速数据传输。在高速数字系统设计时，人们经 常会问到这样的问题：传输到目的地的信号是否如同人们所预期的那样？或者说：当信 号到达时是否处于良好的状态？ 信号完整性涉及到两个方面：信号波形的完整性和时序的完整性。 信号波形的完整性：
集总模型 直流模型
4.直流系统
最后，当电路进入“直流模型”的环 境时，只需一个电阻或者一个零延迟时间 的导线就足以代表电磁波的性能。
2. 一个频率为 1012 的正弦波 信号周期为1ps，数字电路根本无法响应这个频率的信号。 一些电路参数发生变化。如地线的电阻由于趋肤效应由0.01 （1KHz）变为1，并且还获得50的感应电抗。
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到底多高的频率 会影响到高速数字 电路的设计呢
？
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要点
在高速数字系统设计时，实际的数字波形必须考虑。既：要保持 信号的完整性。 信号完整性涉及到两个方面：波形完整性和时序完整性。 波形完整性要素：
HDMI简介及高频测试讲解
HDMI 市場發展趨勢及其應用
WHAT IS HDMI?
6 2013/7/26
HDMI 市場發展趨勢及其應用
WHAT IS HDMI?
7 2013/7/26
HDMI 市場發展趨勢及其應用
WHAT IS HDMI?
HDMI 的傳輸架構
8 2013/7/26
HDMI 市場發展趨勢及其應用
•耐久性(插拔次數可達10,000 cycle )> >板端接口耐久性高,只需 更換cable端.
•更具人性化設計(CEC),更具親和性.
•由LLC公司提供支持HDCP.(寬頻數位內容保護)
9 2013/7/26
HDMI 市場發展趨勢及其應用
HDMI 与 DVI 的比較
HDMI是在在顯示器和機頂盒之間能 夠邊加密邊傳輸HDTV數據的規格。 “MPAA（美國電影協會）目前僅批 准了基於DTCP且經由IEEE1394介面 的編碼數據傳輸和HDMI。
HDMI 市場發展趨勢及其應用
WHAT IS HDMI?
HDMI 的源起. HDMI 的應用 HDMI 的傳輸架構.
HDMI 与 DVI 的比較
結构&傳輸 高頻量測 市場發展前景
3 2013/7/26
HDMI 市場發展趨勢及其應用
WHAT IS HDMI?
HDMI--- High-Definition Multimedia Interface 高解析多媒 體介面 HDMI是第一個用來處理所有未經壓縮的數位影音資訊的介面標準； 此一介面可以做為任何A/V資訊來源、A/V接收裝置與A/V顯示裝 置間的連結介面，也就是說，透過HDMI的利用，我們可以有效地 在不同的數位影音來源裝置與數位顯示裝置間，來建立一個數位 影音環境. HDMI能夠支援所有的ATSC HDTV標準與八聲道的聲音 資訊，應用HDMI的主要目的是期望能夠藉此一介面來支援不同品 質的影像與多通道的聲音資訊的傳輸；並透過在足夠的頻寬規劃， 除了能夠為日後可能增加的需求維持其擴充性，同時也能以更快 的速度來傳輸未經壓縮的影音資訊。 目前參與HDMI制定的主要成員是歐美日的廠商為主，分別有來自 資訊電子、IC設計、內容提供等不同領域業者的參與. 分別為: Hitachi, Panasonic, Philips,Silicon Image, Sony, Thomson, Toshiba.于2002年12月9日正式公布HDMI1.0規范.并于2004年5月 20日公布了HDMI1.1規范.
HDMI_TMDS
HDMI 源端(source) 物理层一致性测试技术高级应用工程师 曾志泰克科技（中国）有限公司摘要：HDMI，即高清晰多媒体接口(High-Definition Multimedia Interface)正越来越广泛的应用于计算机和消费电子产品上作为其音视频接口。
HDMI设备包括三类，即源端（Source）如计算机、DVD、机顶盒等；接收端（Sink）如显示器、高清电视、投影机等；另外一类就是Cable或者Repeater。
本文主要介绍源端（Source）物理层一致性测试的原理，流程以及相关的测试技术。
关键词：HDMI，TMDS(transition minimized differential signaling)，CTS (Compliance Test Specification)，一致性测试，Source（源端），DPO，存储深度，串行触发，Tbit，眼图，抖动.1. 引言HDMI 是由Silicon Image联合日立、松下、飞利浦、索尼、汤姆逊和东芝组成的HDMI 联盟共同开发而成。
作为DTV革命的催化剂，HDMI开始被广泛的应用，参与HDMI上下游产业链的厂商也越来越多，但同时也带来另外的挑战，就是兼容性问题。
幸好HDMI组织在成立之初就有先见之明，在电气以及协议标准制定之后也制定了相应的一致性测试标准（CTS），并先后在全球成立了5个ATC（授权测试中心），目前所有ATC采用同样的测试设备和测试方法对三类设备进行一致性测试，只有通过ATC测试合格后才给予HDMI的授权，准许其产品打上HDMI徽标进行销售。
对于HDMI芯片以及设备生产商来说，了解CTS的测试原理以及方法流程对于其产品的设计，调试，工程化以尽快进入市场也会有相当大的帮助。
2. HDMI原理架构以及信号特性Figure1 HDMI 逻辑链路图HDMI使用最小跳变差分信号(TMDS)技术，差分信号共模偏置电压为+3.3 V，端口阻抗为50欧姆，额定幅度跳变为500 mV (+2.8 V到+3.3 V)，电压摆幅可以在150 mV - 800 mV之间变化。
SI、PI及高速电路设计与案例分析
SI、PI及高速电路设计与案例分析培训培训对象：从事开发部门主管、SI工程师、硬件设计开发工程师、PCB LAYOUT 工程师、电源设计开发工程师、硬件测试工程师、系统工程师、质量经理、质量管理工程师、结构设计工程师、生产工艺工程师等。
课程目标：本课程结合讲师多年的实战工作经验，详细介绍了信号完整性（SI）、电源完整性（PI）较完整的知识体系，以及各种不同的信号完整性问题在实际项目中的体现，特别是讲师最近在GHz高速信号领域的一些研究成果。
通过理论和实践相结合的培训方式，帮助电子行业工程技术人员在理解高速信号传输本质的基础上，掌握分析SI问题的工具和技巧，提高在PCB 产品设计和布线方面的专业技能，为企业培养优秀的SI工程师和项目管理人员，提高产品性能质量和可靠性，增强产品的市场竞争力。
【主办单位】中国电子标准协会培训中心【协办单位】深圳市威硕企业管理咨询有限公司培训时间：3天课程大纲：（蓝色内容为本讲师独有，区别于其他培训课程）1. SI设计概述1) 什么是高速系统设计？2）高速系统设计挑战2. SI，PI设计理论基础及实例说明1) 正确理解信号完整性的定义a) 信号完整性问题的起源b) 解决信号完整性的方法学问题c) 信号完整性分析目的（SI工程师的工作内容）2) 传输线理论(Maxwell方程和电报方程)a) 实例1：在实践中掌握传输线阻抗特征b) 实例2：常用的传输线结构分析c) 实例3：耦合传输线的原理和结构分析3) 传输线的损耗a) 实例4：趋肤效应对传输线的影响b) 实例5：介质损耗对传输线的影响c) 实例6：损耗与频率的关系4) 反射与匹配a) 实例7：信号反射机理分析b) 实例8：不同拓扑结构对信号完整性的影响c) 实例9：反射的消除和预防d) 常见匹配方法及应用原则5) 串扰与耦合a) 信号串扰机理b) 实例10：感性串扰c) 实例11：容性串扰d) 实例12：串扰模型e) 实例13：串扰的实例分析-- 前向串扰和后向串扰g) 影响串扰的因素6) SSN同步开关噪声a) SSN介绍b) 影响SSN的主要因素c) SSN主要分析参数d) 降低SSN的主要措施e) 实例14：在设计中考虑SSN7) 电源完整性分析（PI）a) PI介绍b) 实例15：目标阻抗c) 实例16：电源平面的层次化设计d) 电源平面的谐振特性分析e) 去耦电容的原理和设计应用f) SSN噪声分析g) 电源等效电路模型VRM8) 时序分析a) 数字电路的时序分析b) 时序分析方法和过程c) 时序裕量分析需考虑的因素d) 实例17：时序分析实例9) 正确认识高速信号的回流路径（参考平面）a) 什么是高速信号的回流路径（参考平面）b) 回流路径（参考平面）的不连续对高速信号的影响c) 实例18：如何选择回流路径（参考平面），地还是电源？d) 实例19：如何保证系统级的一致连续性？3. SI分析中器件模型的选择和使用1) 器件封装对信号的影响2) 接插件对信号的影响3) 器件模型技术a) 仿真模型类型b) IBIS模型和SPICE模型c) 实例20：IBIS模型的基本元素d) IBIS模型的获取e) 实例21：IBIS模型验证和使用4. SI分析流程1) 设计需求分析（数据整理和规划）：2) 前仿真阶段3) 后仿真阶段4) 测试验证5. DDR案例分析和实习1) DDR技术介绍2) DDR设计实例讲解3) DDR，DDR2和DDR3技术对比分析6. SI/PI仿真软件介绍1 常见SI分析软件的特点和应用2 如何选择适合的仿真软件7 GHz高速差分信号的设计技巧（本章内容全部是实例分析和理论讲解相结合）1) GHz高速差分信号技术现状和发展趋势2) 高速差分信号的仿真技术：S参数的解读和AMI模型案例分析：S参数和AMI模型3) GHz高速差分信号通路设计技巧4) GHz系统的设计方法和经验介绍5) 实例讲解：GHz高速差分信号通路设计回流路径、工艺参数、过孔、（预）加重、ISI，8 Jitter的分析与测量技术1) 高速信号和Jitter特征介绍2) Jitter的组成分量分析3) 如何在测量中分离各Jitter分量4) GHz高速测量系统组成9. 经验交流1) SI工程师所必备的知识结构2) 如何成为SI工程师老师介绍：邵鹏老师IBM高级硬件工程师，研究员。