IIC總線測試總結

前一段時間在做板卡信號完整性測試。

信號完整性測試主要是對信號質量進行測試，觀察信號電平是否滿足門限，有無過沖、振蕩、回溝，時序是否滿足要求等。

由于在產品需求層面，是不會將信號質量作為一項需求提出，因此很多時候在歸檔的測試報告中只會存在功能測試報告，而是將信號完整性測試報告作為內部公開的一份參考資料，但這并不意味著我們可以減少對信號完整性測試的重視程度，因為信號完整性測試往往能夠發現很多潛在的風險，比如自己在以前的測試中就遇到過低電平門限是0.8V，而測得的信號低電平也接近0.8V，雖然在功能上的驗證是正常的，但這就是一項風險項，很有可能在量產上市后，隨著長期運行或者環境改變，而導致故障，后來通過調整串阻阻值，降低了信號低電平，規避了風險；還有調整FPGA時序改善信號時序余量等很多由信號完整性測試發現解決的潛在風險項。

另外，信號完整性測試很多時候還能提前規避掉很多電磁干擾問題，減少后期整改的工作。比如過陡的邊沿或過大的過沖，有時會是輻射發射的來源；

最后，通過信號完整性測試，將所有信號都控制在器件的要求范圍內，這也提高了器件的工作可靠性，保障其工作壽命。

綜上所述，不僅不能還應該更加重視對信號完整性的測試。

在有些公司，信號完整性測試又稱之為單元測試，這是因為信號完整性測試需要覆蓋板卡上的每一個元器件。

對于信號完整性測試的方案制定方法。個人的理解，應該關注每個器件的輸入端口，主要又分為信號電平（一般需測試高電平電壓、低電平電壓、上沖和下沖）和信號時序（一般需測試建立時間和保持時間），具體根據器件手冊制定，信號測試點也應該選擇最靠近器件輸入端口處的位置；而對于器件的輸出端口，是不需要關注的，因為這是器件自身特性所決定的。

二、IIC總線操作過程說明

對于IIC總線，自己以前很少用到，只對某塊板卡上一片預留的INTERSIL的IIC接口光傳感器寫過驅動進行功能調試。這次是第一次認真對IIC總線進行了信號完整性測試。

IIC總線由時鐘線SCL和數據線SDA組成，設備連接到總線上的輸出端為OD或OC輸出，總線電平由外部上拉電阻決定。IIC總線速率分標準模式100Kbps，快速模式400Kbps和高速模式3.4Mbps。IIC總線上最多可以掛接400pf容性負載，掛接設備數量受此限制。IIC總線的運行由主機控制，被主機尋訪的設備稱為從機，每個接到IIC總線的設備都有一個唯一的地址，以便于主機尋訪。

本次IIC信號完整性測試的其中一個器件為IIC接口的EEPROM，用作一個MCU的配置信息存儲芯片，MCU每次上電后均會去讀取配置，也可以執行對EEPROM的配置升級操作。對于EEPROM，讀寫過程都要測試。由于進度緊張，自己未經思考，首先在上電時，選擇在MCU的IIC接口處測試EEPROM的讀過程；然后再執行EEPROM配置升級命令，并在EEPROM的IIC接口處測試EEPROM的寫過程。

但在測試過程中，卻越來越感覺困惑，比如時序測試中有一項tSU:DAT參數，表示START信號的建立時間，但在測試寫過程中，往往就很難捕捉到。隨著測試的進行，困惑的地方越來越多，于是自己覺得該停一停，看看究竟測試方法有沒有問題。

稍稍冷靜下，讀了下器件手冊，很快便發現了問題所在，自己還停留在以前測試的慣性思維中，認為讀就是數據讀出，而寫就是數據寫入，沒有對IIC總線操作過程作一思考。

對于IIC寫過程，一般而言有如下幾種情況：

圖1 IIC總線寫操作過程

分為Byte Write和Page Write，Byte Write一次寫入一個數據，Page Write一次可寫入多個數據。在未進行寫保護（WC為低時）才能進行寫操作。

對于Byte Write，分為以下幾個過程：

1、由主設備發出START信號；

2、由主設備發出DEV SEL信號，DEV SEL為從設備的識別碼，一般由7位組成，高四位為每類IIC設備特有，低三位通過從設備外部引腳配置得到，如圖2所示的E2、E1、E0三個引腳；

圖2 IIC設備引腳圖

3、主設備在發出DEV SEL信號后，需繼續發出一位“讀/寫控制位(R/W)”，以表示接下來執行的是何種操作。此時該位應置為低（寫操作）；

4、從設備進行ACK應答，為低電平；

5、主設備發出Byte addr信號，即要將數據寫入到從設備的單元地址，圖中所示為16位地址帶寬，主設備每發出8位地址，從設備進行一次ACK應答；

6、主設備寫入8位數據，從設備應答，之后主設備發出STOP信號，結束此次寫操作。

對于Page Write，其過程與Byte Write基本一致，僅僅是其在寫入多個數據后，才由主設備控制發出STOP信號，結束寫操作。

對于IIC讀過程，一般而言有如下幾種情況：

圖3 IIC總線讀操作過程

分為Current Address Read、Random Address Read、Sequential Current Read、Sequential Random Read。后兩種讀模式與前兩種讀模式的區別僅僅在于后兩種是一次讀出多個數據，因此不作累述。