信号完整性分析与测试
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文档作者:编写日期:审核:审核日期:文档修订控制目录1. 引言 (3)1.1编写目的 (3)1.2定义 (3)1.3参考资料 (4)2. 测试所需工具说明 (4)2.1需要的软件工具 (4)2.2需要的硬件工具 (5)3. 电源完整性测试 (5)3.1电压转换电路测试 (5)3.1.1 输出电压测试 (5)3.1.2 输出电压过冲测试 (5)3.1.3 输出电压下冲测试 (6)3.1.4 输出电流测试 (6)3.1.5 纹波和噪声测试 (6)3.2单板功耗测试 (7)3.3电源时序测试 (7)3.3.1 电源上电时序测试 (7)3.3.2 电源下电时序测试 (8)4. 板内信号质量测试 (8)4.1时钟信号测试 (8)4.2上电复位时序测试 (8)4.3高速差分信号测试 (9)4.3.1 XAUI信号测试 (9)4.3.2 SGMII信号测试 (9)4.3.3 RGMII信号测试 (9)4.3.4 XGMII信号测试 (10)4.3.5 Interlaken信号质量测试 (10)4.4内存信号测试 (11)4.4.1 DDR 内存信号测试 (11)4.4.2 DDR2 内存信号测试 (11)4.4.3 DDR3 内存信号测试 (11)4.5PCI E信号测试 (12)4.6I2C总线测试 (12)4.7L OCAL B US总线测试 (13)4.8MDIO信号测试 (13)4.9SPI4.2总线测试 (13)4.10SD卡接口信号测试 (14)5. 对外接口信号测试 (14)5.1网口信号测试 (14)5.1.1 100Base-T模板测试 (14)5.1.2 1000Base-T模板测试 (15)5.1.3 GE光眼图测试 (15)5.2串口信号测试 (15)5.3USB口信号测试 (16)6. 附件 (16)1.引言1.1编写目的对信号质量测试的测试项目、测试方法及判决标准进行描述,为各个单板信号质量测试做参考。
信号完整性常用的三种测试方法信号完整性是指在传输过程中信号能够保持原始形态和准确性的程度。
在现代高速通信和数字系统中,信号完整性测试是非常重要的工作,它能够帮助工程师评估信号的稳定性、确定系统的极限速率并发现信号失真的原因。
下面将介绍三种常用的信号完整性测试方法。
一、时域方法时域方法是信号完整性测试中最常见和最直观的方法之一、它通过观察信号在时间轴上的波形变化来评估信号的完整性。
时域方法可以检测和分析许多类型的信号失真,如峰值抖动、时钟漂移、时钟分布、幅度失真等。
时域方法的测试设备通常包括示波器和时域反射仪。
示波器可以显示信号的波形和振幅,通过观察波形的形状和幅度变化来判断信号完整性。
时域反射仪可以测量信号在传输线上的反射程度,从而评估传输线的特性阻抗和匹配度。
二、频域方法频域方法是另一种常用的信号完整性测试方法。
它通过将信号转换为频域表示,分析信号的频谱分布和频率响应来评估信号完整性。
频域方法可以检测和分析信号的频谱泄漏、频谱扩展、频率失真等。
频域方法的测试设备通常包括频谱分析仪和网络分析仪。
频谱分析仪可以显示信号的频谱图和功率谱密度,通过观察频谱的形状和峰值来评估信号完整性。
网络分析仪可以测量信号在不同频率下的响应和传输损耗,从而评估传输线的频率响应和衰减特性。
三、眼图方法眼图方法是一种特殊的信号完整性测试方法,它通过综合时域和频域信息来评估信号的完整性。
眼图是一种二维显示,用于观察信号在传输过程中的失真情况。
眼图可以提供信号的时钟抖动、峰值抖动、眼宽、眼深、眼高等指标。
眼图方法的测试设备通常包括高速数字示波器和信号发生器。
高速数字示波器可以捕捉信号的多个周期,并将其叠加在一起形成眼图。
通过观察眼图的形状和特征,工程师可以评估信号的稳定性和传输质量。
总结起来,时域方法、频域方法和眼图方法是常用的信号完整性测试方法。
它们各自具有独特的优势和适用范围,可以互相协作来全面评估信号的完整性。
在实际应用中,根据具体需求和测试对象的特点,选择合适的测试方法是非常重要的。
信号完整性测试报告1. 引言信号完整性测试是电子设备设计和制造过程中的关键步骤之一。
它旨在评估信号传输路径中的数据完整性,以确保信号在各个环节中没有失真或丢失。
本报告将介绍信号完整性测试的目的、测试方法、测试结果及建议。
2. 测试目的信号完整性测试的主要目的是验证信号在传输过程中的质量。
通过测试,可以确定信号是否满足设计要求,并找出潜在的问题。
这些问题可能包括信号失真、时钟抖动、串扰干扰等。
通过测试,可以提前发现并解决这些问题,确保信号的可靠传输。
3. 测试方法3.1 测试设备在进行信号完整性测试之前,需要准备以下测试设备:•示波器:用于观察信号波形和测量信号参数。
•信号发生器:用于产生测试信号。
•矢量网络分析仪:用于测量信号的频率响应和传输损耗。
3.2 测试流程信号完整性测试的基本流程如下:1.设置测试设备:连接示波器、信号发生器和矢量网络分析仪,并确保其正常工作。
2.准备测试样品:将待测试的电子设备或电路板连接到测试设备上。
3.产生测试信号:使用信号发生器产生测试信号,并将其输入到待测试的设备或电路板上。
4.观察信号波形:使用示波器观察信号波形,检查是否存在任何失真或干扰。
5.测量信号参数:使用示波器测量信号的幅度、频率、上升时间等参数。
6.使用矢量网络分析仪:如果需要更详细的信号特性分析,可以使用矢量网络分析仪进行频率响应和传输损耗的测量。
3.3 数据记录与分析在进行信号完整性测试期间,需要记录所有测试数据,并进行分析。
这些数据包括信号波形、信号参数测量结果以及任何异常情况的记录。
通过对测试数据的分析,可以确定信号的质量是否符合设计要求,并找出潜在的问题。
4. 测试结果与建议根据信号完整性测试的结果,可以得出以下结论和建议:•如果信号波形正常且符合设计要求,说明待测试的设备或电路板的信号传输路径基本上没有失真或干扰。
建议进行进一步的功能测试和验证。
•如果信号波形存在失真或干扰,需要进一步分析问题的原因。
集成电路设计中的信号完整性分析与优化随着现代电子技术的发展,集成电路已经成为大部分电子产品中不可或缺的一部分。
在集成电路设计中,信号完整性是一个绕不开的话题。
在高速集成电路系统中,信号完整性的保障至关重要。
本文将阐述集成电路设计中信号完整性的重要性,以及分析和优化信号完整性的方法。
一、信号完整性的概念信号完整性通常指的是信号在途中受到的损耗、反射和干扰等影响对信号质量的影响。
在高速集成电路设计中,主要涉及到共模噪声、串扰、时钟漂移、功率噪声等问题,这些问题都会对信号完整性产生负面影响。
在集成电路设计中,信号完整性对于电路性能的保障至关重要。
如果信号完整性存在问题,会导致信号失真、时序误差、电磁兼容性(EMC)问题等,从而影响产品的可靠性和性能。
因此,在高速集成电路设计中保障信号完整性已经成为了一项必须考虑的关键任务。
二、信号完整性分析与优化1.仿真与分析在设计一款高速集成电路时,仿真和分析是保障信号完整性的最基本手段。
信号完整性分析通常是通过工具仿真来完成的,主要包括电磁仿真、功率完整性仿真和时钟完整性仿真等。
通过仿真可以得到各种信号参数,如传输速率、时延、噪声干扰等,并以此为基础进行信号完整性的下一步优化。
2.布局与设计在信号完整性的优化中,良好的布局和设计也是至关重要的。
首先,需要避免布线的过长、过细,以免引发串扰、反射等问题。
其次,布局中会遵循规定的电性长度,以保证严格的时间同步,从而最大限度地减少时钟漂移、时序误差等问题。
3.电源和地线的设计在高速集成电路系统中,电源和地线的设计也是信号完整性的关键因素。
电源和地线的引入会造成电压变化和噪声产生,因此需要进行合理的布线。
在设计中应该避免信号线和电源/地线平行布线,以减少串扰和互感耦合的发生。
4.屏蔽和滤波为了进一步减少信号噪声和串扰,信号屏蔽和滤波也是信号完整性优化的常用方法。
具体来说,可以使用屏蔽罩、滤波器等措施来减少信号噪声和干扰。
5.仿真和测试信号完整性的评估离不开仿真和测试。
SPI总线信号品质与完整性检测技术与标准1. 简介SPI(Serial Peripheral Interface)总线是一种同步串行通信接口,常用于连接微控制器和外设设备。
为确保SPI总线的正常工作,需要对信号品质和完整性进行检测。
本文档将介绍SPI总线信号品质与完整性检测技术与标准。
2. SPI总线信号品质检测技术2.1 基本参数检测在进行SPI总线信号品质检测时,需要关注以下几个基本参数:- 时钟频率:检测SPI总线的时钟频率是否符合规范要求。
- 数据传输速率:检测SPI总线的数据传输速率是否达到设定目标。
- 噪声干扰:检测SPI总线信号是否受到外部噪声和干扰的影响。
- 电压波动:检测SPI总线信号的电压波动情况,确保在合理范围内。
2.2 眼图分析眼图分析是一种常用的SPI总线信号品质检测方法。
通过使用示波器捕获SPI总线信号,并在屏幕上显示眼图,可以直观地评估信号的质量。
眼图分析可以检测以下问题:- 时钟抖动:检测时钟信号的抖动情况。
- 眼图闭合度:评估数据信号的稳定性和抗干扰能力。
- 眼图畸变:检测信号波形的畸变情况。
2.3 串扰分析串扰是指在SPI总线中,信号线之间相互干扰所引起的问题。
对于高速SPI总线,串扰问题尤为重要。
进行串扰分析时,需要考虑以下几个方面:- 电磁干扰:检测信号线之间的电磁干扰情况。
- 电源干扰:检测信号线受到电源干扰的影响程度。
- 地线干扰:评估信号线之间的地线干扰情况。
3. SPI总线信号完整性检测技术3.1 时序分析时序分析是一种常用的SPI总线信号完整性检测方法。
通过对SPI总线信号进行时序分析,可以评估信号传输的准确性和稳定性。
时序分析可以检测以下问题:- 时钟偏移:检测时钟信号的偏移情况。
- 数据丢失:检测数据传输过程中是否有数据丢失的情况。
- 时序违规:评估信号传输是否符合时序规范要求。
3.2 噪声分析噪声分析是一种用于检测SPI总线信号完整性的重要方法。
电气工程中的信号完整性分析在当今高度数字化和信息化的时代,电气工程领域的发展日新月异。
从智能手机到超级计算机,从医疗设备到航空航天系统,电子设备在我们的生活中无处不在。
而在这些复杂的电子系统中,信号完整性成为了确保设备性能稳定、可靠运行的关键因素。
信号完整性,简单来说,就是指信号在传输过程中保持其准确性、完整性和及时性的能力。
如果信号在传输过程中出现失真、衰减、反射、串扰等问题,就可能导致系统性能下降、误码率增加、甚至系统故障。
因此,对电气工程中的信号完整性进行深入分析和研究具有极其重要的意义。
首先,让我们来了解一下信号完整性问题产生的原因。
信号在传输线上传播时,会遇到各种阻抗不匹配的情况。
比如,当信号从驱动源输出,经过传输线到达负载时,如果驱动源的输出阻抗、传输线的特性阻抗和负载的输入阻抗不匹配,就会引起信号的反射。
反射的信号会与原信号叠加,导致信号波形失真。
此外,相邻传输线之间的电磁耦合会产生串扰,使得相邻信号之间相互干扰。
同时,传输线的损耗会导致信号的衰减,从而影响信号的强度和质量。
为了分析信号完整性问题,我们需要一些重要的工具和技术。
时域反射计(TDR)就是其中之一。
TDR 可以通过向传输线发送一个快速上升的脉冲,并测量反射回来的脉冲,来确定传输线中的阻抗不连续点和故障位置。
另一个常用的工具是示波器,它可以直观地显示信号的波形,帮助我们观察信号的失真、噪声等问题。
此外,还有一些仿真软件,如ADS、HFSS 等,可以在设计阶段对电路进行建模和仿真,预测可能出现的信号完整性问题,并提前采取优化措施。
在实际的电气工程应用中,信号完整性问题在高速数字电路中尤为突出。
随着数字信号的频率不断提高,信号的上升时间和下降时间变得越来越短,这对信号传输的要求也越来越高。
例如,在计算机主板上,高速的总线信号需要在严格的时序要求下进行传输,如果出现信号完整性问题,可能会导致数据传输错误,影响计算机的性能。
在通信系统中,高速的射频信号也需要保持良好的完整性,以确保信号的质量和传输距离。
“信号完整性分析与S参数测量专题报告”网络讲座会讲稿胡为东Derek.Hu@美国力科公司上海代表处视频入口: /seminar/show/id/67 1.各位网友大家好,我是来自美国力科公司上海代表处的应用工程师胡为东,很高兴能够和大家相聚在EEPW这个平台上交流有关信号完整性与S参数测试方面的话题,并为大家介绍力科专门针对信号完整性测试工程师打造的一款全新的信号完整性S参数测试仪,名字叫做SPARQ。
在会议结束后,我和我力科的同事将在线为您解答您的问题,欢迎大家就您感兴趣的话题进行踊跃提问.下面我们就进入我们正式的话题。
2.本次研讨会的主要议题有如下几个方面,一、信号完整性的基本概念及信号完整性的主要体现;二、高速链路中影响信号完整性的主要因素;三、应对信号完整性的主要方法;四、基于采样示波器TDR/TDT的S参数测量原理;五、VNA 的S参数测量原理;六、S参数测量仪器的校准;七、力科最新的信号完整性S 参数分析仪SPARQ的主要特点介绍。
下面我们就简要了解下什么是信号完整性以及信号完整性的主要体现。
3.随着信号速率的提高,信号完整性问题逐渐成为硬件设计工程师们一个非常热门的话题之一。
在理想情况下,信号可以保持其本身固有的属性。
如本页图所示,如果信号的传输通道和周围环境是理想的,那么一个标准的方波信号通过这个传输通道后不会发生任何变化。
而如果传输通道和周围环境不是理想的,那么标准的方波信号经过这个传输通道后,信号的各项特征如幅度、上升时间、周期、过冲等均会发生一定的变化。
4.信号中常常将高于某一个逻辑电平值的部分叫做1电平,而低于某一个逻辑电平值的部分叫做0电平。
如图中的Vih和Vil即为逻辑判决电平,信号正是通过这些0和1来传递特有的信息。
当信号经过非理想的传输通道后,会发生上升沿变缓、幅度降低、过冲、振铃等现象,这些现象可能导致信号的高电平低于其逻辑判决电平或者低电平高于其逻辑判决电平,从而导致0、1信息的传输错误。
信号完整性测试规范和工作流程一、信号完整性测试规范1.测试范围:信号完整性测试应涵盖全部重要信号线,包括时钟信号、数据信号、控制信号、电源供应线等。
2.测试参数:测试参数包括但不限于信号功率、上升时间、下降时间、峰值电压、峰峰值电压、幅度稳定性、时序稳定性等。
3.测试方法:根据具体测试需求和设备条件,选择合适的信号完整性测试方法,如步进响应测试、脉冲响应测试、频率响应测试、时钟提前测试等。
4.测试设备:测试设备需要具备高精度、高速度、高带宽等特点,如示波器、信号发生器、信号注入器、信号线探针、信号整形器等。
5.测试环境:测试环境应符合实际应用场景,包括温度、湿度、电磁干扰等因素的考虑。
6.数据分析:对测试数据进行详细的分析和处理,包括波形展示、数据比对、波形参数提取、异常识别等。
7.测试标准:根据不同行业和应用领域,制定相应的信号完整性测试标准,如IEEE、IPC、JEDEC等,以确保测试结果的准确性和可靠性。
8.测试报告:根据测试结果生成详细的测试报告,包括测试方法、测试步骤、测试数据、异常情况分析、改进建议等。
二、信号完整性测试工作流程1.确定测试目标:根据设计需求和系统规格,确定需要测试的信号线和测试参数。
2.设计测试方案:根据测试目标和测试需求,设计相应的测试方案,包括测试方法、测试设备、测试环境等。
3.准备测试设备:根据测试方案,准备好所需的测试设备,确保其良好状态和准确性能。
4.连接测试回路:将被测试的电路板、电线、接插件等与测试设备连接起来,确保信号传输通畅。
5.设置测试参数:根据测试目标和测试方案,设置测试设备的相应参数,如示波器的触发电平、采样率、带宽等。
6.执行信号完整性测试:根据测试方案,执行信号完整性测试,记录测试数据和波形。
7.数据分析和处理:对测试数据进行详细分析和处理,包括波形展示、参数提取、异常识别等。
8.测试结果评估:根据测试数据和标准要求,对测试结果进行评估,确定是否合格。
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 -------------------------------------------------------------------------------------- 95.1 阻抗 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 95.2 特性阻抗 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 9第6章反射 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 116.1 反射的定义------------------------------------------------------------------------------------------- 116.2 反射的测试方法 ------------------------------------------------------------------------------------ 126.3 TDR曲线映射着传输线的各点----------------------------------------------------------------- 126.4 TDR探头选择--------------------------------------------------------------------------------------- 13第7章振铃 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 14第8章串扰 ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 168.1 串扰的定义------------------------------------------------------------------------------------------- 168.2 观测串扰---------------------------------------------------------------------------------------------- 16第9章信号质量----------------------------------------------------------------------------------------------- 189.1 常见的信号质量问题 ------------------------------------------------------------------------------ 18第10章信号完整性测试 ------------------------------------------------------------------------------------- 2110.1 波形测试 -------------------------------------------------------------------------------------------- 2110.2 眼图测试 -------------------------------------------------------------------------------------------- 2110.3 抖动测试 -------------------------------------------------------------------------------------------- 2310.3.1 抖动的定义 --------------------------------------------------------------------------------- 2310.3.2 抖动的成因 --------------------------------------------------------------------------------- 2310.3.3 抖动测试 ------------------------------------------------------------------------------------ 2310.3.4 典型的抖动测试工具:------------------------------------------------------------------ 2410.4 TDR测试 ------------------------------------------------------------------------------------------- 2410.5 频谱测试 -------------------------------------------------------------------------------------------- 2510.6 频域阻抗测试-------------------------------------------------------------------------------------- 2510.7 误码测试 -------------------------------------------------------------------------------------------- 2510.8 示波器选择与使用要求: ---------------------------------------------------------------------- 2610.9 探头选择与使用要求 ---------------------------------------------------------------------------- 2610.10 测试点的选择 ------------------------------------------------------------------------------------ 2710.11 数据、地址信号质量测试--------------------------------------------------------------------- 2710.11.1 简述 ----------------------------------------------------------------------------------------- 2710.11.2 测试方法 ----------------------------------------------------------------------------------- 27第1章什么是信号完整性如果你发现,以前低速时代积累的设计经验现在似乎都不灵了,同样的设计,以前没问题,可是现在却无法工作,那么恭喜你,你碰到了硬件设计中最核心的问题:信号完整性。
早一天遇到,对你来说是好事。
在过去的低速时代,电平跳变时信号上升时间较长,通常几个ns。
器件间的互连线不至于影响电路的功能,没必要关心信号完整性问题。
但在今天的高速时代,随着IC输出开关速度的提高,很多都在皮秒级,不管信号周期如何,几乎所有设计都遇到了信号完整性问题。
另外,对低功耗追求使得内核电压越来越低,1.2v内核电压已经很常见了。
因此系统能容忍的噪声余量越来越小,这也使得信号完整性问题更加突出。
广义上讲,信号完整性是指在电路设计中互连线引起的所有问题,它主要研究互连线的电气特性参数与数字信号的电压电流波形相互作用时其电气特性参数如何影响产品的性能。
主要表现在对时序的影响、信号振铃、信号反射、近端串扰、远端串扰、开关噪声、非单调性、地弹、电源反弹、衰减、容性负载、电磁辐射、电磁干扰等。
信号完整性问题的根源在于信号上升时间的减小。
即使布线拓扑结构没有变化,如果采用了信号上升时间很小的IC芯片,现有设计也将处于临界状态或者停止工作。
乍一看,信号完整性的问题似乎无穷无尽,非常混乱,类型如下图1-1所示:图1-1 信号完整性组合列表(随机组合)所有与信号完整性噪声问题有关的效应都与下面四类特定噪声源中的一个有关:1、单一的网络的信号完整性;2、两个或多个网络间的串扰;3、电源和地分配中的轨道塌陷;4、来自整个系统的电磁干扰和辐射。