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R&S矢網(wǎng)在信號完整性測試中的應(yīng)用

2018-01-25 來源：羅德與施瓦茨開放實驗室作者：孫振礫字號：大中小

高速數(shù)字信號在通過傳輸路徑后，會由于路徑的自身特性對信號造成失真等影響，信號完整性是指信號在傳輸路徑上的質(zhì)量。隨著數(shù)字信號頻率越來越高，電路的高頻特性越來越顯現(xiàn)出來，需要借助更精確的手段加以分析評估。

信號完整性的測試手段種類繁多，有頻域和時域法，還有一些綜合性的手段，比如誤碼率測試，實驗室通常會配備示波器和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀等儀器進行分析測試。羅德與施瓦茨（R&S）公司矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀ZNB和ZNBT相比傳統(tǒng)的信號完整性測試儀器，同時具備了時域和頻域測量功能，基于矢網(wǎng)豐富的誤差校準(zhǔn)和高動態(tài)范圍，為信號完整性測試提供了強大和全面的分析功能。

1. 技術(shù)背景及產(chǎn)品介紹

對于設(shè)計高速器件、無線組件來說，分析其連接器、PCB板材和傳輸線的時域響應(yīng)和信號完整性至關(guān)重要。在信號完整性分析中，示波器的眼圖功能已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，通過對被測件眼圖的描繪可以得出許多重要的信息，為了使用矢網(wǎng)得到眼圖，首先測量被測件的頻域復(fù)S參數(shù)，通過ZNB/T-K2時域分析選件，對頻域參數(shù)進行逆傅里葉變換，得到時域響應(yīng)。ZNB/T-K20增強時域分析選件根據(jù)定義的比特字符串對時域響應(yīng)進行卷積后得到眼圖結(jié)果。

圖1、ZNB/T選件功能介紹

2. 矢網(wǎng)的信號完整性測試應(yīng)用

2.1 眼圖測試

眼圖是比特流數(shù)據(jù)在時域上累積而顯示的圖形，包含了高低點平和這兩種狀態(tài)之間所有轉(zhuǎn)換信息，眼圖的“眼睛”張開的大小反映著碼間串?dāng)_的強弱。“眼睛”張的越大，且眼圖越端正，表示碼間串?dāng)_越小，傳輸線傳輸性能越好；反之表示碼間串?dāng)_越大。

ZNB/T上設(shè)置功能如下圖2所示，需要根據(jù)被測件實際傳輸速率和電平參數(shù)改變設(shè)置。

圖2、眼圖測量設(shè)置界面

通過如上設(shè)置，即可實現(xiàn)眼圖的結(jié)果顯示，同時可得到關(guān)于眼圖的所有數(shù)值統(tǒng)計結(jié)果，并支持數(shù)據(jù)導(dǎo)出后處理。

圖3、眼圖測量結(jié)果統(tǒng)計

針對特定的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，如USB3.1，SATA3，HDMI1.4，PCIe3等，需根據(jù)協(xié)議規(guī)定的眼圖模板進行測試，如下圖所示，當(dāng)被測件結(jié)果觸碰模板區(qū)域時，即判定被測件測試失敗。

圖4、眼圖測量模板

為了對傳輸信道的失真進行抵消，往往會采用發(fā)射端預(yù)加重（Emphasis）和接收端均衡（Equalize）的方式，ZNB/T K20選件提供了多種信號發(fā)射端預(yù)處理或惡化的仿真設(shè)置，除預(yù)加重外，還提供了抖動（Jitter）和噪聲（Noise）的添加，使用者可根據(jù)需求模擬實際信道傳輸情況，并為改善測量結(jié)果提供仿真評估。

圖5、ZNB/T K20內(nèi)置均衡器設(shè)置

2.2 TDR測試

現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)分析儀在極限情況下已經(jīng)可以測試5km長的電纜，位置精度也可以達到毫米級，在很多場合下已經(jīng)替代了傳統(tǒng)時域TDR進行。TDR測試目前主要使用于PCB(印制電路板)信號線、以及器件特征阻抗的測試，并顯示出每個阻抗不連續(xù)點的位置和特性比。同時如單端信號線，差分信號線，連接器等。

圖6、不同阻抗在時域下測量結(jié)果

2.3傳輸線頻域測試

在使用矢網(wǎng)驗證PCB板上的走線與布板時，往往僅需對感興趣區(qū)域進行測試，需去除探針、焊盤、過孔、管腳帶來的影響。使用ZNB/T四端口或以上矢網(wǎng)可以將兩路物理端口合并為一路差分邏輯端口，進行差分傳輸線測試，通過EMStarSmart Fixture Deembedding (SFD) 或AtaiTecIn-Situ Deembedding (ISD)這兩種校準(zhǔn)方式進行校準(zhǔn)、探針或夾具去嵌入。