常用信號完整性的測試手段及其應用

6. 頻譜測試

對 于產品的開發前期，這種測試應用相對比較少，但是對于后期的系統測試，比如EMC測試，很多產品都需要測試。通過該測試發現某些頻點超標，然后可以使用近 場掃描儀(其中關鍵的儀器是頻譜儀)，例如EMC SCANER，來分析板卡上面具體哪一部分的頻譜比較高，從而找出超標的根源所在。不過這些設備相對都比較昂貴，中小公司擁有的不多，因此通常情況下都是 在設計時仔細做好匹配和屏蔽，避免后面測試時發現信號頻譜超標，因為后期發現了問題，很多情況下是很難定位的。

7. 頻域阻抗測試

現 在很多標準接口，比如E1/T1等，為了避免有太多的能量反射，都要求比較好地匹配，另外在射頻或者微波，相互對接，對阻抗通常都有要求。這些情況下，都 需要進行頻域的阻抗測試。阻抗測試通常使用網絡分析儀，單端端口相對簡單，對于差分輸入的端口，可以使用Balun進行差分和單端轉換。

傳 輸損耗測試，對于長的PCB走線，或者電纜等，在傳輸距離比較遠，或者傳輸信號速率非常高的情況下，還有頻域的串擾等，都可以使用網絡分析儀來測試。同樣 的，對于PCB差分信號或者雙絞線，也可是使用Balun進行差分到單端轉換，或者使用4端口網絡分析來測試。多端口網絡分析儀的校準，使用電子校準件可 以大大提高校準的效率。

8. 誤碼測試

誤碼測試實際上是系統測試，利用誤碼儀，甚至是一些軟件 都可做，比如可以通過兩臺電腦，使用軟件，測試連接兩臺電腦間的網絡誤碼情況。誤碼測試可以對數據的每一位都進行測試，這是它的優點，相比之下示波器只是 部分時間進行采樣，很多時間都在等待，因此漏過了很多細節。低誤碼率的設備的誤碼測試很耗費時間，有的測試時間是一整天，甚至是數天。

實 際中如何選用這上述測試手段，需要根據被測試對象進行具體分析，不同的情況需要不同的測試手段。比如有標準接口的，就可以使用眼圖測試、阻抗測試和誤碼測 試等，對于普通硬件電路，可以使用波形測試、時序測試，設計中有高速信號線，還可以使用TDR測試。對于時鐘、高速串行信號，還可以抖動測試等。

另外上面眾多的儀器，很多都可以實現多種測試，比如示波器，可以實現波形測試，時序測試，眼圖測試和抖動測試等，網絡分析儀可以實現頻域阻抗測試、傳輸損耗測試等，因此靈活應用儀器也是提高測試效率，發現設計中存在問題的關鍵。

信號完整性仿真

信號完整性測試是信號完整性設計的一個手段，在實際應用中還有信號完整性仿真，這兩個手段結合在一起，為硬件開發活動提供了強大的支持。圖1是目前比較常見的硬件開發過程。

在 需求分析和方案選擇階段，就可以應用一些信號完整性測試手段和仿真手段來分析可行性，或者判斷哪種方案優勝，比如測試一些關鍵芯片的評估板，看看信號的電 平、速率等是否滿足要求，或者利用事先得到的器件模型，進行仿真，看接口的信號傳輸距離是否滿足要求等。在平時利用測試手段，也可以得到一些器件的模型， 比如電纜的傳輸模型，這種模型可以利用在仿真中，當這些模型積累比較多，一些部分測試，包括設計完畢后的驗證測試，可以用仿真來替代，這對于效率提高很有 好處，因為一個設計中的所有的信號都完全進行測試，是比較困難的，也是很耗費時間的。

在設計階段，通常是使用仿真手段，對具體問題進行分析，比如負載的個數，PCB信號線的拓撲結構，并根據仿真結果對設計進行調整，以便將大多數的信號完整性問題解決在設計階段。

系統調試以及驗證測試階段，主要是利用信號完整性測試手段，對設計進行測試，看是否設計的要求。如果發現了嚴重問題，就要去解決，信號完整性的測試和仿真手段都將用來尋找問題的根源，以及尋找適合的解決方案上面。

信號完整性測試和信號完整性仿真緊密結合，是信號完整性設計的基本要求。

應用實例

某 種進口電纜A在公司的各個產品中廣泛應用，由于是獨家供應商，多年價格一直沒有下降過，在通信產品的價格逐年大幅度地下降的情況下，是不大正常的，這種情 況下需要尋找替代的供應商，由于涉及的產品眾多，并且產品在網絡中的地位很高，替代就顯得非常謹慎，因此需要通過多方面測試驗證，才能夠決定能否替代。

根 據規格需求，找到擬用來替代的國產電纜B，根據這種情況，設計多種測試進行驗證兩種電纜的效果：1. 頻域測試：測試兩種電纜的傳輸損耗、反射、串擾等；2. 時域測試：測試兩種電纜的眼圖測試、波形測試等；3. 仿真：利用仿真軟件，仿真眼圖傳輸情況；4. 其他測試：呼叫測試(系統測試的一種，模擬實際應用的性能)。圖2、3和4是部分的測試結果。

從 圖2可以看到，兩種電纜的差分傳輸損耗差不多，而電纜A得近端串擾則相對比較大。圖3使用了仿真軟件，仿真20米長的電纜，傳輸40Mbps信號的眼圖情 況，仿真使用的電纜模型是利用上面頻域測試得到的模型，通過仿真可以看到電纜B的眼圖比電纜A的眼圖要好，不論眼高還是眼圖抖動。

圖4是實際應用的眼圖情況，很明顯電纜B的眼圖要比電纜A的眼圖要好，和前面的仿真結果比較吻合，不過電纜A的實際反射比較大一點，這和仿真使用驅動器件的模型有關。

綜合其他測試的結果，最后結論認為擬用來替代的國產電纜B，性能優于進口電纜電纜A，因此完全可以替代。這個替代，將給公司帶來每年數百萬元的成本下降。