高速信号完整性测试和典型应用分析

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 (3) 1.1 Differential Signal Test (3) 1.2 Single Signal Test (5) 2. LPC Test (7) 2.1 EC Side Test (7) 2.2 Control Sidse Test (8) 3. USB Test (11) 3.1 High Speed Test (11) 3.2 Low Speed Test (12) 3.3 Full Speed Test (12) 3.4 Drop/Droop Test (12) 4. VGA Test (14) 4.1 R、G、B Signal Test (14) 4.2 RGB Channel to Channel Skew Test (14) 4.3 VSYNC and HSYNC Test (15) 4.4 DDC_DA TA and DDC_CKL Test (15) 5. LVDS Test (17) 5.1 Differential data signals swing Test (17) 5.2 Checking Skew at receiver Test (18) 5.3 Checking the offset voltage Test (19) 5.4 Differential Input Voltage Test (20) 5.5 Common Mode Voltage Test (20) 5.6 Slew Rate Test (21) 5.7 Data to Clock Timing Test (23) 6. FSB Test (26) 7. Serial Data（SA TA/ESA TA, PCIE, DMI,FDI）Test (29) 8. HD Audio Test (30) 8.1 Measurement at The Controller (30) 8.2Measurement at The Codec (31) 9. DDR2 Test (34) 9.1 Clock (34) 9.2 Write (35) 9.3 Read (37) 10.Ethernet Test (39) 11.SMbus Signal Test (40) 12. HDMI Test (42) 13. DisplayPort Test (43)

高速数字信号的信号完整性分析

科研训练 设计题目：高速数字信号的信号完整性分析专业班级：科技0701 姓名：张忠凯 班内序号：18 指导教师：梁猛 地点：三号实验楼236 时间：2010.9.14~2010.11. 16 电子科学与技术教研室

摘要： 在高速数字系统设计中，信号完整性（SI）问题非常重要的问题，如高时钟频率和快速边沿设计。本文提出了影响信号完整性的因素,并提出了解决电路板中信号完整性问题的方法。 关键词：高速数字电路；信号完整性；信号反射；串扰 引言： 随着电子行业的发展，高速设计在整个电子设计领域所占的比例越来越大，100 MHz 以上的系统已随处可见，采用CS(线焊芯片级BGA)、FG(线焊脚距密集化BGA)、FF(倒装芯片小间距BGA)、BF(倒装芯片BGA)、BG(标准BGA)等各种BGA封装的器件大量涌现，这些体积小、引脚数已达数百甚至上千的封装形式已越来越多地应用到各类高速、超高速电子系统中。 从IC芯片的封装来看，芯片体积越来越小、引脚数越来越多；这就带来了一个问题，即电子设计的体积减小导致电路的布局布线密度变大，同时信号的上升沿触发速度还在提高，从而使得如何处理高速信号问题成为限制设计水平的关键因素。随着电子系统中逻辑复杂度和时钟频率的迅速提高，信号边沿不断变陡，印刷电路板的线迹互连和板层特性对系统电气性能的影响也越发重要。对于低频设计，线迹互连和板层的影响可以不考虑，但当频率超过50 MHz时，互连关系必须考虑，而在评定系统性能时还必须考虑印刷电路板板材的电参数。因此，高速系统的设计必须面对互连延迟引起的时序问题以及串扰、传输线效应等信号完整性问题。 1．信号完整性的概念： 信号完整性是指信号未受到损伤的一种状态，良好的信号完整性是指在需要时信号仍然能以正确的时序和电压电平值做出响应。差的信号完整性不是由某一单一因素导致的，而是板级设计中多种因素共同引起的。 2．信号完整性问题的分析： 高速不是就频率的高低来说的，而是由信号的边沿速度决定的，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。信号完整性问题的起因是由于不断缩小的上升和下降时间。假如信号的上升沿和下降沿变化比较缓慢，则电路结构和元器件所造成的影响不大，可以忽略。 当信号的上升沿和下降沿变化加快时，整个电路则会转化为传输线问题，即电路的延迟、反射等问题；当电路中有大的电流涌动时会引起地弹,如大量芯片的输出同时开启时,将有一个较大的瞬态电流在芯片与板的电源平面流过,芯片封装与电源平面的电感和电阻会引发电源噪声,这样会在真正的地平面( 0 V)上产生电压的波动和变化,犹如从地面弹回电路的信号一样；通常表现为在一根信号线上有信号通过时,在上与之

高速信号常见问题分析

高速信号常见问题分析（一） ----一个25MHZ时钟信号的单调性问题测试分析 美国力科公司上海代表处胡为东 【摘要】 本文结合实际测试中遇到的时钟信号回沟问题介绍了高速信号的概念，进一步阐述了高速信号与高频信号的区别，分析了25MHZ时钟信号沿上的回沟等细节的测试准确度问题，并给出了高速信号测试时合理选择示波器的一些建议。 【关键词】 高速信号示波器时钟回沟带宽采样率 一、问题的提出 下图1为一个25MHZ 时钟信号的测试结果截图： 图1 使用一个1G带宽、10GS/S的示波器测试一个25M的时钟信号的频率、上升时间等测试结果 测得上升时间为485ps，时钟频率为25MHZ左右。从这个测试结果图上我们并不能看出什么问题来，时钟频率的偏差也很小。对于时钟信号，我们通常

是使用其上升沿或者下降沿的中间电平位置来采样数据，因此时钟信号上升沿或者下降沿的单调性就显得非常重要。下图2为该时钟上升沿的细节，从该图上我们可以清楚的看到示波器对该信号的采样点位置及采样点个数。 图2 使用一个1G带宽、10GS/S的示波器测试一个25M的时钟上升沿的测试结果 从图2上我们可以看到波形上升沿比较平滑，单调性很好。 那么如果我们用一个更高带宽、更高采样率的示波器来测这个时钟会有什么样的变化呢？下图3为用一个6G带宽的示波器，20GS/s采样率去测量该时钟信号，我们发现在该时钟信号的上升沿的中点位置处明显有一个回沟，说明事实上该时钟信号的上升沿是非完全单调的！

图3使用一个6G带宽、20GS/S的示波器测试一个25M的时钟上升沿的测试结果 那么到底是由于示波器带宽的原因还是由于示波器采样率的原因导致 该时钟信号在1G带宽的示波器上和6G带宽的示波器上测试结果的差异呢？下图4为用一个6G带宽的示波器，10GS/s采样率去测量该时钟信号的测试结果图：

信号完整性分析基础系列之一——眼图测量

信号完整性分析基础系列之一 ——关于眼图测量（上） 汪进进美国力科公司深圳代表处 内容提要：本文将从作者习惯的无厘头漫话风格起篇，从四个方面介绍了眼图测量的相关知识：一、串行数据的背景知识; 二、眼图的基本概念; 三、眼图测量方法; 四、力科示波器在眼图测量方面的特点和优势。全分为上、下两篇。上篇包括一、二部分。下篇包括三、四部分。 您知道吗？眼图的历史可以追溯到大约47年前。在力科于2002年发明基 于连续比特位的方法来测量眼图之前，1962年-2002的40年间，眼图的测量是基 于采样示波器的传统方法。 您相信吗？在长期的培训和技术支持工作中，我们发现很少有工程师能完整地准确地理解眼图的测量原理。很多工程师们往往满足于各种标准权威机构提供的测量向导，Step by Step，满足于用“万能”的Sigtest软件测量出来的眼图给出的Pass or Fail结论。这种对于Sigtest的迷恋甚至使有些工程师忘记了眼图是 可以作为一项重要的调试工具的。 在我2004年来力科面试前，我也从来没有听说过眼图。那天面试时，老板反复强调力科在眼图测量方面的优势，但我不知所云。之后我Google“眼图”， 看到网络上有限的几篇文章，但仍不知所云。刚刚我再次Google“眼图”，仍然 没有找到哪怕一篇文章讲透了眼图测量。 网络上搜到的关于眼图的文字，出现频率最多的如下，表达得似乎非常地专业，但却在拒绝我们的阅读兴趣。 “在实际数字互连系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰 对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。 如果将输入波形输入示波器的Y轴，并且当示波器的水平扫描周期和码元 定时同步时，适当调整相位，使波形的中心对准取样时刻，在示波器上显示的图形很象人的眼睛，因此被称为眼图（Eye Map）。 二进制信号传输时的眼图只有一只“眼睛”，当传输三元码时，会显示两 只“眼睛”。眼图是由各段码元波形叠加而成的，眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻，位于两峰值中间的水平线是判决门限电平。 在无码间串扰和噪声的理想情况下，波形无失真，每个码元将重叠在一起，最终在示波器上看到的是迹线又细又清晰的“眼睛”，“眼”开启得最大。当有码

高速信号的扩频时钟的测试分析

胡为东系列文章之二 高速信号的SSC扩频时钟测试分析 美国力科公司胡为东摘要：由于FCC、IEC等规定电子产品的EMI辐射不能超出一定的标准。因此电路设计者需要从多个角度来思考如何降低系统的EMI辐射，如进行合理的PCB布线、滤波、屏蔽等。由于信号的辐射主要是由于信号的能量过于集中在其载波频率位置，导致信号的能量在某一频点位置处的产生过大的辐射发射。因此为了进一步有效的降低EMI辐射，芯片厂家在设计芯片时也给容易产生EMI的信号增加了SSC（Spread Spectrum Clocking）即扩频时钟的功能，采用SSC的功能可以有效的降低信号所产生的EMI。当前PCIE、SATA、SAS、USB3.0等几乎所有的高速芯片都支持SSC的功能。本文就将SSC的基本概念、SSC的测试测量方法做一介绍。 关键词：力科SSC 扩频时钟EMI 眼图 一、SSC（扩频时钟）的概念 如下图1所示为一信号在是否具有SSC前后的频谱对比。图中蓝色曲线为没有SSC时候的频谱，浅色的为具有SSC时的频谱。从图中可见，未加SSC时，信号的能量非常集中，且幅度很大；而加了SSC后，信号能量被分散到一个频带范围以内，信号能量的整体幅度也有明显降低，这样信号的EMI辐射发射就将会得到非常有效的抑制。这就是通过使用SSC 扩频时钟的方法抑制EMI辐射的基本原理。 使用SSC的方法能在多大程度上抑制EMI辐射和调制后信号能量在多宽频率范围内变化有关，频率变化范围越大，EMI抑制量越大。但这两者需要一个权衡，因为频率变化范围太大会使系统的时序设计带来困难。在Intel的Pentium4处理器中建议此频率变化范围要小于时钟频率的0.8%，如对于100MHZ的时钟，如果按照+/-8%来调制的话，频率的变化范围就是99.2MHZ-100.8MHZ。而对于100MHZ参考时钟的系统工作到100.8MHZ，可能会 图1 SSC扩频时钟的图示 导致处理器超出额定工作频率，带来其它系统工作问题。因此在实际系统工作中一般都采用

信号完整性测试规范和工作流程V091

信号完整性测试规范和工作流程(Ver0.9x) 历史记录： 1．2003-4-22：初稿、起草。 2．2003-5-23： 一．主要目的： 信号完整性测试的思想是信号源输出，经过传输线到达信号末端（负载），信号本身的相对变化情况。主要目的是验证PCB设计是否保证了信号在传输过程中能否保证其完整性，以信号的相对测试为主旨，信号本身8的绝对测试为辅。信号比较的内容主要是信号的本征特性参数。同时也部分验证电路原理设计的合理性。也检验产品的性能符合国家有关标准的要求，比如3C、EMC、ESD等。从定性参数的角度保证PCB设计达到了电路设计的要求，同时也保证产品的可靠性、一致性。 信号完整性测试一般是在线测试，因此很多测试参数在不同的工作模式下会有较大的差别。一般情况下需要测试静态工作模式，但一些参数需要测试满负荷工作模式。另外测试点的选择，特别是接地点的位置会对测试结果有很大的影响。 二．基本要求： 要求测试准确、可靠、完善。并要求有完整的测试报告。这里的要求是一般通用性的要求，针对具体的产品、产品的不同阶段，可以提出不同的参数要求和具体的测试内容。由于测试是在PCB板上（或称“在线”）的测试，因此一些测试条件和测试参数的定义条件可能会出现不一致的情况，因此规定：测试的基本状态在没有任何说明的情况下，认为是静态工作模式或额定正常工作模式。如果在测试方法中有规定或说明的，以测试说明的条件为准。在类型和参数中列出了比较详细全面的参数，但在测试中可能没有要求，因此，具体产品如果需要测试请加以特别说明。一般规定：主要参数是必须测试的项目参数。 + 三．类型和参数： 3.1电源部分： 3.1.1电源类型分为LDO电源、DC/DC电源。 3.1.2主要参数有：幅度、纹波、噪声。 3.1.3状态分为：额定负载、空载、轻载、重载、超载。 3.1.4保护能力：输出电流保护、输出电压保护、输入电压保护、热保护。 3.1.5其它参数：输入电压适应性、静态电流、关机电流（漏电流）。 3.2时钟信号： 3.2.1时钟源分类：晶体时钟（正弦波时钟）、晶振时钟（方波时钟、钟振时钟）。 3.2.2时钟类型：系统时钟（源时钟）、（数据）同步时钟。 3.2.3主要参数：频率、占空比、过冲、上升沿、下降沿。 3.2.4其它参数：相位抖动、频率漂移、波形畸变。 3.3总线类信号： 3.3.1分类：数据类总线、地址类总线、混合类总线。 3.3.2主要参数：幅度、过冲。 3.3.3其它参数：抖动、上升沿、下降沿。 3.4端口信号： 3.4.1分类：数据信号、基带（调制）信号、二次调制信号、 3.4.2主要参数：幅度、过冲、上升沿、下降沿。 3.4.3其它参数：抖动、频谱、功率（谱）密度。 3.4.4使用到的几种埠：串口、网口、USB口、IF、RF。 3.5其它信号、器件、电路： 3.5.1主要的几个：复位信号、JTAG、无线、功耗、温度、音频振荡器。 3.5.2参数：

信号完整性分析基础系列之一__关于眼图测量(全)

信号完整性分析基础系列之一_——关于眼图测量(全) 您知道吗？眼图的历史可以追溯到大约47年前。在力科于2002年发明基于连续比特位的方法来测量眼图之前，1962年-2002的40年间，眼图的测量是基于采样示波器的传统方法。 您相信吗？在长期的培训和技术支持工作中，我们发现很少有工程师能完整地准确地理解眼图的测量原理。很多工程师们往往满足于各种标准权威机构提供的测量向导，Step by Step，满足于用“万能”的Sigtest软件测量出来的眼图给出的Pass or Fail结论。这种对于Sigtest 的迷恋甚至使有些工程师忘记了眼图是可以作为一项重要的调试工具的。 在我2004年来力科面试前，我也从来没有听说过眼图。那天面试时，老板反复强调力科在眼图测量方面的优势，但我不知所云。之后我Google“眼图”，看到网络上有限的几篇文章，但仍不知所云。刚刚我再次Google“眼图”，仍然没有找到哪怕一篇文章讲透了眼图测量。 网络上搜到的关于眼图的文字，出现频率最多的如下，表达得似乎非常地专业，但却在拒绝我们的阅读兴趣。 “在实际数字互连系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。 如果将输入波形输入示波器的Y轴，并且当示波器的水平扫描周期和码元定时同步时，适当调整相位，使波形的中心对准取样时刻，在示波器上显示的图形很象人的眼睛，因此被称为眼图（Eye Map）。 二进制信号传输时的眼图只有一只“眼睛”，当传输三元码时，会显示两只“眼睛”。眼图是由各段码元波形叠加而成的，眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻，位于两峰值中间的水平线是判决门限电平。 在无码间串扰和噪声的理想情况下，波形无失真，每个码元将重叠在一起，最终在示波器上看到的是迹线又细又清晰的“眼睛”，“眼”开启得最大。当有码间串扰时，波形失真，码元不完全重合，眼图的迹线就会不清晰，引起“眼”部分闭合。若再加上噪声的影响，则使眼图的线条变得模糊，“眼”开启得小了，因此，“眼”张开的大小表示了失真的程度，反映了码间串扰的强弱。由此可知，眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响，可评价一个基带传输系统性能的优劣。另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能。通常眼图可以用下图所示的图形来描述，由此图可以看出：（1）眼图张开的宽度决定了接收波形可以不受串扰影响而抽样再生的时间间隔。显然，最佳抽样时刻应选在眼睛张开最大的时刻。 （2）眼图斜边的斜率，表示系统对定时抖动（或误差）的灵敏度，斜率越大，系统对定时抖动越敏感。

信号完整性分析与测试

信号完整性分析与测试 信号完整性问题涉及的知识面比较广，我通过这个短期的学习，对信号完整性有了一个初步的认识，本文只是简单介绍和总结了几种常见现象，并对一些常用的测试手段做了相应总结。本文还有很多不足，欢迎各位帮助补充，谢谢！ 梁全贵 2011年9月16日

目录 第1章什么是信号完整性------------------------------------------------------------------------------ 3第2章轨道塌陷 ----------------------------------------------------------------------------------------- 5第3章信号上升时间与带宽 --------------------------------------------------------------------------- 6第4章地弹----------------------------------------------------------------------------------------------- 8第5章阻抗与特性阻抗--------------------------------------------------------------------------------- 9 5.1 阻抗 ------------------------------------------------------------------------------------------ 9 5.2 特性阻抗------------------------------------------------------------------------------------- 9第6章反射----------------------------------------------------------------------------------------------11 6.1 反射的定义 ---------------------------------------------------------------------------------11 6.2 反射的测试方法--------------------------------------------------------------------------- 12 6.3 TDR曲线映射着传输线的各点 --------------------------------------------------------- 12 6.4 TDR探头选择 ----------------------------------------------------------------------------- 13 第7章振铃--------------------------------------------------------------------------------------------- 14 第8章串扰--------------------------------------------------------------------------------------------- 16 8.1 串扰的定义 -------------------------------------------------------------------------------- 16 8.2 观测串扰 ----------------------------------------------------------------------------------- 16 第9章信号质量 --------------------------------------------------------------------------------------- 18 9.1 常见的信号质量问题 --------------------------------------------------------------------- 18 第10章信号完整性测试 ----------------------------------------------------------------------------- 21 10.1 波形测试---------------------------------------------------------------------------------- 21 10.2 眼图测试---------------------------------------------------------------------------------- 21 10.3 抖动测试---------------------------------------------------------------------------------- 23 10.3.1 抖动的定义 ------------------------------------------------------------------------ 23 10.3.2 抖动的成因 ------------------------------------------------------------------------ 23 10.3.3 抖动测试 --------------------------------------------------------------------------- 23 10.3.4 典型的抖动测试工具： ---------------------------------------------------------- 24 10.4 TDR测试 --------------------------------------------------------------------------------- 24 10.5 频谱测试---------------------------------------------------------------------------------- 25 10.6 频域阻抗测试 ---------------------------------------------------------------------------- 25 10.7 误码测试---------------------------------------------------------------------------------- 25 10.8 示波器选择与使用要求： -------------------------------------------------------------- 26 10.9 探头选择与使用要求-------------------------------------------------------------------- 26 10.10 测试点的选择--------------------------------------------------------------------------- 27 10.11 数据、地址信号质量测试 ------------------------------------------------------------- 27 10.11.1 简述 ------------------------------------------------------------------------------- 27 10.11.2 测试方法-------------------------------------------------------------------------- 27

高速SI测量方法(10G信号)

高速SI测量方法 (2) 1 前言 (2) 2 SFI (2) 2.1 SFI标准 (2) 2.2 电气特性 (2) 2.3 测试仪器 (5) 2.4 测试方法 (5) 2.4.1 搭建测试环境 (5) 2.4.2 启动DUT (7) 2.4.3 选择BCM#模式 (7) 2.4.4发送PRBS码 (7) 2.4.5 调节预加重参数 (7) 2.4.6 调节预加重驱动 (8) 2.4.7 保存结果 (9) 2.5 测试命令 (9) 2.6 测试结果 (9) 3 XFI (10) 3.1 XFI标准 (10) 3.2 电气特性 (10) 3.3 测量仪器 (12) 3.4 测试方法 (13) 3.4.1 测试环境搭建 (13) 3.4.2 启动DUT (15) 3.4.3 选择BCM#模式 (15) 3.4.4 发送PRBS码 (15) 3.4.5 调节预加重参数 (15) 3.4.6保存测试结果 (16) 3.5 测试命令 (16) 3.5.1 MAC_TX TEST (16) 3.5.2 PHY_TX TEST (16) 3.6.测试结果 (16) 4 KR (18) 4.1 测试方法 (20) 4.2 测试命令 (20) 4.3 测试结果 (21) 5.总结 (24) 5.1 测试注意事项 (24) 5.2 眼图测试总结 (25)

高速SI测量方法 1 前言 在速率达到10Gbps 高速设计中，尽管我们在电路设计上按照标准设计，但在信号的传输过程仍不可避免会受到串扰等的影响，由此我们需要去做信号完整性分析，以验证我们设计的正确性，而眼图是一种可对数字信号传输作定性分析的有效手段。以下所介绍就是关于10G信号接口SFI、XFI、KR的SI测量方法。 2 SFI 2.1 SFI标准 SFF-8431定义了SFI的电气特性及测试方法。 2.2 电气特性 在SFF-8431中SFI被定义了以下三种模型： ①Host System Figure1---Host Compliance Board ②ASIC/SerDes

Altium Designer中进行信号完整性分析报告

在高速数字系统中，由于脉冲上升/下降时间通常在10到几百p秒，当受到诸如连、传输时延和电源噪声等因素的影响，从而造成脉冲信号失真的现象； 在自然界中，存在着各种各样频率的微波和电磁干扰源，可能由于很小的差异导致高速系统设计的失败；在电子产品向高密和高速电路设计方向发展的今天，解决一系列信号完整性的问题，成为当前每一个电子设计者所必须面对的问题。业界通常会采用在PCB制板前期，通过信号完整性分析工具尽可能将设计风险降到最低，从而也大大促进了EDA设计工具的发展…… 信号完整性（Signal Integrity，简称SI）问题是指高速数字电路中，脉冲形状畸变而引发的信号失真问题，通常由传输线阻抗不匹配产生的问题。而影响阻抗匹配的因素包括信号源的架构、输出阻抗(output impedance)、走线的特性阻抗、负载端的特性、走线的拓朴(topology)架构等。 解决的方式可以采用端接(termination)与调整走线拓朴的策略。 信号完整性问题通常不是由某个单一因素导致的，而是板级设计中多种因素共同作用的结果。 信号完整性问题主要表现形式包括信号反射、信号振铃、地弹、串扰等； 1，Altium Designer信号完整性分析（机理、模型、功能） 在Altium Designer设计环境下，您既可以在原理图又可以在PCB编辑器实现信号完整性分析，并且能以波形的方式在图形界面下给出反射和串扰的分析结果。 Altium Designer的信号完整性分析采用IC器件的IBIS模型，通过对版图信号线路的阻抗计算，得到信号响应和失真等仿真数据来检查设计信号的可靠性。Altium Designer的信号完整性分析工具可以支持包括差分对信号在的高速电路信号完整性分析功能。 Altium Designer仿真参数通过一个简单直观的对话框进行配置，通过使用集成的波形观察仪，实现图形显示仿真结果，而且波形观察仪可以同时显示多个仿真数据图像。并且可以直接在标绘的波形上进行测量，输出结果数据还可供进一步分析之用。 Altium Designer提供的集成器件库包含了大量的的器件IBIS模型，用户可以对器件添加器件的IBIS模型，也可以从外部导入与器件相关联的IBIS模型，选择从器件厂商那里得到的IBIS 模型。 Altium Designer的SI功能包含了布线前（即原理图设计阶段）及布线后（PCB版图设计阶段）两部分SI分析功能；采用成熟的传输线计算方法，以及I/O缓冲宏模型进行仿真。基于快速反射和串扰模型，信号完整性分析器使用完全可靠的算法，从而能够产生出准确的仿真结果。布线前的阻抗特征计算和信号反射的信号完整性分析，用户可以在原理图环境下运行SI仿真功能，对电路潜在的信号完整性问题进行分析，如阻抗不匹配等因素。 更全面的信号完整性分析是在布线后PCB版图上完成的，它不仅能对传输线阻抗、信号反射和信号间串扰等多种设计中存在的信号完整性问题以图形的方式进行分析，而且还能利用规则检查发现信号完整性问题，同时，Altium Designer还提供一些有效的终端选项，来帮助您选择最好的解决方案。 2，分析设置需求 在PCB编辑环境下进行信号完整性分析。 ?为了得到精确的结果，在运行信号完整性分析之前需要完成以下步骤： ?1、电路中需要至少一块集成电路，因为集成电路的管脚可以作为激励源输出到被分析的网络上。 像电阻、电容、电感等被动元件，如果没有源的驱动，是无法给出仿真结果的。 ?2、针对每个元件的信号完整性模型必须正确。 ?3、在规则中必须设定电源网络和地网络，具体操作见本文。 ?4、设定激励源。

信号完整性分析：关于眼图测量

关于眼图测量 作者：汪进进美国力科公司深圳代表处 信号完整性分析基础系列之一——关于眼图测量(上) 眼图的历史可以追溯到大约47年前。在力科于2002年发明基于连续比特位的方法来测量眼图之前，1962年-2002的40年间，眼图的测量是基于采样示波器的传统方法。 您相信吗？在长期的培训和技术支持工作中，我们发现很少有工程师能完整地准确地理解眼图的测量原理。很多工程师们往往满足于各种标准权威机构提供的测量向导，Step by Step，满足于用"万能"的Sigtest软件测量出来的眼图给出的Pass or Fail 结论。这种对于Sigtest的迷恋甚至使有些工程师忘记了眼图是可以作为一项重要的调试工具的。 在我2004年来力科面试前，我也从来没有听说过眼图。那天面试时，老板反复强调力科在眼图测量方面的优势，但我不知所云。之后我Google"眼图"，看到网络上有限的几篇文章，但仍不知所云。刚刚我再次Google"眼图"，仍然没有找到哪怕一篇文章讲透了眼图测量。 网络上搜到的关于眼图的文字，出现频率最多的如下，表达得似乎非常地专业，但却在拒绝我们的阅读兴趣。 "在实际数字互连系统中，完全消除码间串扰是十分困难的，而码间串扰对误码率的影响目前尚无法找到数学上便于处理的统计规律，还不能进行准确计算。为了衡量基带传输系统的性能优劣，在实验室中，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。 如果将输入波形输入示波器的Y轴，并且当示波器的水平扫描周期和码元定时同步时，适当调整相位，使波形的中心对准取样时刻，在示波器上显示的图形很象人的眼睛，因此被称为眼图（Eye Map）。 二进制信号传输时的眼图只有一只"眼睛"，当传输三元码时，会显示两只"眼睛"。眼图是由各段码元波形叠加而成的，眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻，位于两峰值中间的水平线是判决门限电平。 在无码间串扰和噪声的理想情况下，波形无失真，每个码元将重叠在一起，最终在示波器上看到的是迹线又细又清晰的"眼睛"，"眼"开启得最大。当有码间串扰时，波形失真，码元不完全重合，眼图的迹线就会不清晰，引起"眼"部分闭合。若再加上噪声的影响，则使眼图的线条变得模糊，"眼"开启得小了，因此，"眼"张开的大小表示了失真的程度，反映了码间串扰的强弱。由此可知，眼图能直观地表明码间串扰和噪声的影响，

高速ADC DAC测试原理及测试方法

高速ADC/DAC测试原理及测试方法 随着数字信号处理技术和数字电路工作速度的提高，以及对于系统灵敏度等要求的不断提高，对于高速、高精度的ADC、DAC的指标都提出了很高的要求。比如在移动通信、图像采集等应用领域中，一方面要求ADC有比较高的采样率以采集高带宽的输入信号，另一方面又要有比较高的位数以分辨细微的变化。因此，保证ADC/DAC在高速采样情况下的精度是一个很关键的问题。 ADC/DAC芯片的性能测试是由芯片生产厂家完成的，需要借助昂贵的半导体测试仪器，但是对于板级和系统级的设计人员来说，更重要的是如何验证芯片在板级或系统级应用上的真正性能指标。 一、ADC的主要参数 ADC的主要指标分为静态指标和动态指标2大类。静态指标主要有： ?Differential Non-Linearity (DNL) ?Integral Non-Linearity (INL) ?Offset Error ?Full Scale Gain Error 动态指标主要有： ?Total harmonic distortion (THD) ?Signal-to-noise plus distortion (SINAD) ?Effective Number of Bits (ENOB) ?Signal-to-noise ratio (SNR) ?Spurious free dynamic range (SFDR) 二、ADC的测试方案 要进行ADC这些众多指标的验证，基本的方法是给ADC的输入端输入一个理想的信号，然后对ADC转换以后的数据进行采集和分析，因此，ADC的性能测试需要多台仪器的配合并用软件对测试结果进行分析。下图是一个典型的ADC测试方案：

如何建立信号完整性实验室

高速数字和信号完整性测试建议书 暨如何建立信号完整性实验室 一建立信号完整性实验室的必要性 众所周知，当今世界数字技术飞速发展，无论是一位从事通信系统，计算机系统，雷达和卫星通信系统，或是高速半导体集成电路设计，高速光电收发模块，高速信号处理，高速互连器件（诸如高速接插件，高速数字传输电缆）等领域的研发及测试工程师都会面临着一个共同的挑战——Signal Integrity（SI）——信号完整性。 多年前我们所提到的数字产品，其时钟或数据频率大多在几十兆之内，信号的上升时间大多在几个纳秒，甚至几十纳秒以上。那时的数字化产品设计工程师进行的就是“数字设计”――只要掌握布尔代数等数字方面的诸多知识，保证逻辑正确，就能设计出其所期望的性能的产品。而现在的数字技术已经发展到几千兆，甚至几十千兆的传输速率，信号的上升时间大多在一纳秒以内，诸如串扰，阻抗匹配，EMI（电磁兼容），抖动等射频微波领域才会遇到的问题，如今变成了高速数字设计必须解决的关键性问题。这就要求我们的工程师不但要具备数字方面的设计知识，同时也要具备射频微波方面的设计知识；不但要掌握时域及逻辑域的测量分析技术，还要掌握频域的测量分析技术。 信号完整性到底是什么？ 信号完整性这个概念，是针对高速数字信号提出来的，信号的实际波形会与理想波形存在着差别，SI 解决的就是信号传输过程中的信号质量问题。到底什么样的信号会涉及SI 问题，要从信号的速率以及信号的上升时间两个角度来考虑。拿PCB来说，当一段PCB 上的连线所造成的信号传输延时远远小于信号的上升时间时，可按简单的电路理论去设计；当一段PCB 上的连线所造成的信号传输延时与信号的上升时间类似时（有说是几倍于上升时间），则必须按传输线的理论去设计，此时的这段连线即是传输线。举个具体实例，如图1 所示： 图1 高速信号的传输 假设由驱动器发出的信号是高质量的时钟信号，如图 2 中理想方波波形所示。但是，在接收机端看到的却是质量变差的信号，如图2中变形的波形所示。什么原因造成的？假设接收电路也是好的，那么问题就出在信号的传输路径上。

信号完整性分析实验报告_西电李玉山,路建民老师

实验一反弹图像的仿真 一、实验原理 1.信号振铃 如果信号传输过程中感受到阻抗的变化，就会发生信号的反射。这个信号可能是驱动端发出的信号，也可能是远端反射回来的反射信号。根据反射系数的公式，当信号感受到阻抗变小，就会发生负反射，反射的负电压会使信号产生下冲。信号在驱动端和远端负载之间多次反射，其结果就是信号振铃。大多数驱动源的输出阻抗都很低，如果输出阻抗小于PCB走线的特性阻抗，那么在没有源端端接的情况下，必然产生信号振铃。 信号振铃的过程可以用反弹图来直观的解释。假设驱动端的输出阻抗是10欧姆，PCB走线的传输延时为1ns，且特性阻抗为50欧姆（可以通过改变PCB走线宽度，PCB走线和内层参考平面间介质厚度来调整），为了分析方便，假设远端开路，即远端阻抗无穷大。驱动端传输1V电压信号。反弹图见图一所示。 图一利用反弹图分析分析多次反射和远端接收器的时变电压 第1次反射：信号从驱动源内部发出，经过10欧姆输出阻抗和50欧姆PCB特性阻抗的分压，实际加到PCB走线上的信号电压为1*50/(10+50)=0.84V。传输到线末端，由于线末端开路，阻抗无穷大，反射系数为1，即信号全部反射，反射信号也是0.84V。此时线末端测量电压是0.84+0.84=1.68V。 第2次反射：0.84V反射电压回到源端，阻抗由50欧姆变为10欧姆，反射系数为-0.67，发生负反射，源端反射电压为084×（-0.67）=-0.56V，该电压到达线末端，再次发生反射，反射电压-0.56V。此时线末端测量电压为2×0.84+2×（-0.56）

=0.56V。 第3次反射：从线末端反射回的-0.56V电压到达源端，再次发生负反射，反射电压为0.38V。该电压到达线末端再次发生正反射，反射电压0.38V。此时线末端测量电压为0.56+0.38+0.38=1.32V。 同样会发生第四次反射，第五次反射……如此循环，反射电压在源端和远端之间来回反弹，而引起线末端电压不稳定。观察线末端电压：1.68V，0.56V，1.32V……，可见线末端电压会有上下波动，这就是信号振铃，如图二所示。 图二传输线远端的电压波形 2.信号振铃的消除 振铃是由源端和远端的阻抗突变，两端之间不断往复的多次反射引起的，所以如果能至少在一段消除反射，就可以减小振铃噪声。控制传输线一端或两端的阻抗从而减小反射的方法称为传输线的端接。典型的方法是在重要位置上放置一个或多个电阻，例如端接匹配负载电阻的方法，可以有效去除信号振铃，能使信号的结果波形非常平滑从而避免的信号完整性问题的出现。 二、实验目的 本实验的目的是针对课本8.5节和8.10节讲述的信号振铃现象如何产生以及如何防止振铃现象作实验验证，同时加深对信号振铃现象如何产生以及预防的理解，以期对信号振铃有一个更加直观深刻的认识。同时更进一步的熟悉仿真环境的使用。 三、实验设置 点击File > New LineSim Schematic>Cell-Based 1. 信号发送端和接收端选择 在输入输出上点击右键，再点击Select IC Model：

信号完整性基础系列之十二——扩频时钟(SSC)及其测量方法

信号完整性基础系列之十二——扩频时钟（SSC）及其测量方法 汪进进美国力科公司深圳代表处 扩频时钟(SSC)就是频率按一定规律变化的时钟。SSC是英文Spread Sp ectrum Clocking 的简称，在PC和通信行业都有广泛应用。根据傅立叶变换原理，固定频率的时钟，其频谱能量集中在基波频率上，不易通过FCC，CISPR，VDE等认证，而频率变化的时钟，其频谱能量被分散在一定频谱范围上，峰值能量能减小2-18dB，如图一所示。扩频方法在通信行业被用做一种信号编码的方法，这种方法原理上具有减小EMI的优势，所谓CDMA（Code Division Mu ltiple Access）手机辐射小就是这个道理，因此电信运营商将CDMA称为“绿色通信”。扩频之后频谱的总能量没有减少，但由于FCC等规定的是电子设备发射的最大EMI不能超标，如图二所示，所以说SSC是降低EMI的有效方法。虽然EMI的减少可通过PCB布线，滤波，屏蔽等多种手段，但现在新的FFC要求PC主板能“开箱”通过EMI测试，通过外壳屏蔽的方法已不能满足这种要求，SSC成了降低EMI的必要手段。现在的主板芯片供应商都会支持芯片的扩频时钟功能。PCI-E,SATA,SAS,等几乎所有的高速芯片都支持SSC。当前热门的U SB3.0一致性测试中更是特别强调了SSC的测量。 图一SSC带来的频谱变化 图二FCC的规定 EMI的减少量和频率变化的调制程度有关。频率变化范围越大，EMI降低越大。但频率变化范围太大又会使PC系统时序设计带来困难。在Intel的Pen tium? 4处理器中，建议这种频率变化要小于时钟频率的0.8%。对于 100MHz 的时钟，如果按±0.8%来调制，频率的摆动范围就是99.2MHz-100.8MHz。但是如果要设计一个100MHz作为参考时钟的系统，调制后时钟频率工作到100.8M Hz时，处理器可能会工作到超出额定频率，带来不可预知的问题，所以在实际系统中，一般都采用负向调制以保证总线时序上的最小周期要求。如图二所示，SSC的频率在和之间调制。 图三 SSC调制方式 SSC的调制频率通常都选择大于30KHz（大于音频带宽）,即图三中的fm 大于30KHz。SSC的调制方式也有很多种，目前主要有三种。如图三所示。最简单的三角波形调制方式并不是能量分散的最好方式。有些公司声称其开发的专利方式能比竞争对手的减小EMI多2-3dB。图三中按最优化的调制方法的EMI 效果最好。这种最优化的方式正是按图三的方式调制的，波形比较复杂，频率变化过程精确控制。 图四不同的调制方式得到不同频谱效果 芯片的SSC功能是可以通过软件控制使能的。示波器的FFT分析也能够很容易看出当前工作状态有无SSC。图五为对SATA信号的FFT分析结果，能明显看到SSC能有效分散EMI的峰值能量。