常用信号完整性的测试手段及其应用

6. 频谱测试

对 于产品的开发前期，这种测试应用相对比较少，但是对于后期的系统测试，比如EMC测试，很多产品都需要测试。通过该测试发现某些频点超标，然后可以使用近 场扫描仪(其中关键的仪器是频谱仪)，例如EMC SCANER，来分析板卡上面具体哪一部分的频谱比较高，从而找出超标的根源所在。不过这些设备相对都比较昂贵，中小公司拥有的不多，因此通常情况下都是 在设计时仔细做好匹配和屏蔽，避免后面测试时发现信号频谱超标，因为后期发现了问题，很多情况下是很难定位的。

7. 频域阻抗测试

现 在很多标准接口，比如E1/T1等，为了避免有太多的能量反射，都要求比较好地匹配，另外在射频或者微波，相互对接，对阻抗通常都有要求。这些情况下，都 需要进行频域的阻抗测试。阻抗测试通常使用网络分析仪，单端端口相对简单，对于差分输入的端口，可以使用Balun进行差分和单端转换。

传 输损耗测试，对于长的PCB走线，或者电缆等，在传输距离比较远，或者传输信号速率非常高的情况下，还有频域的串扰等，都可以使用网络分析仪来测试。同样 的，对于PCB差分信号或者双绞线，也可是使用Balun进行差分到单端转换，或者使用4端口网络分析来测试。多端口网络分析仪的校准，使用电子校准件可 以大大提高校准的效率。

8. 误码测试

误码测试实际上是系统测试，利用误码仪，甚至是一些软件 都可做，比如可以通过两台电脑，使用软件，测试连接两台电脑间的网络误码情况。误码测试可以对数据的每一位都进行测试，这是它的优点，相比之下示波器只是 部分时间进行采样，很多时间都在等待，因此漏过了很多细节。低误码率的设备的误码测试很耗费时间，有的测试时间是一整天，甚至是数天。

实 际中如何选用这上述测试手段，需要根据被测试对象进行具体分析，不同的情况需要不同的测试手段。比如有标准接口的，就可以使用眼图测试、阻抗测试和误码测 试等，对于普通硬件电路，可以使用波形测试、时序测试，设计中有高速信号线，还可以使用TDR测试。对于时钟、高速串行信号，还可以抖动测试等。

另外上面众多的仪器，很多都可以实现多种测试，比如示波器，可以实现波形测试，时序测试，眼图测试和抖动测试等，网络分析仪可以实现频域阻抗测试、传输损耗测试等，因此灵活应用仪器也是提高测试效率，发现设计中存在问题的关键。

信号完整性仿真

信号完整性测试是信号完整性设计的一个手段，在实际应用中还有信号完整性仿真，这两个手段结合在一起，为硬件开发活动提供了强大的支持。图1是目前比较常见的硬件开发过程。

在 需求分析和方案选择阶段，就可以应用一些信号完整性测试手段和仿真手段来分析可行性，或者判断哪种方案优胜，比如测试一些关键芯片的评估板，看看信号的电 平、速率等是否满足要求，或者利用事先得到的器件模型，进行仿真，看接口的信号传输距离是否满足要求等。在平时利用测试手段，也可以得到一些器件的模型， 比如电缆的传输模型，这种模型可以利用在仿真中，当这些模型积累比较多，一些部分测试，包括设计完毕后的验证测试，可以用仿真来替代，这对于效率提高很有 好处，因为一个设计中的所有的信号都完全进行测试，是比较困难的，也是很耗费时间的。

在设计阶段，通常是使用仿真手段，对具体问题进行分析，比如负载的个数，PCB信号线的拓扑结构，并根据仿真结果对设计进行调整，以便将大多数的信号完整性问题解决在设计阶段。

系统调试以及验证测试阶段，主要是利用信号完整性测试手段，对设计进行测试，看是否设计的要求。如果发现了严重问题，就要去解决，信号完整性的测试和仿真手段都将用来寻找问题的根源，以及寻找适合的解决方案上面。

信号完整性测试和信号完整性仿真紧密结合，是信号完整性设计的基本要求。

应用实例

某 种进口电缆A在公司的各个产品中广泛应用，由于是独家供应商，多年价格一直没有下降过，在通信产品的价格逐年大幅度地下降的情况下，是不大正常的，这种情 况下需要寻找替代的供应商，由于涉及的产品众多，并且产品在网络中的地位很高，替代就显得非常谨慎，因此需要通过多方面测试验证，才能够决定能否替代。

根 据规格需求，找到拟用来替代的国产电缆B，根据这种情况，设计多种测试进行验证两种电缆的效果：1. 频域测试：测试两种电缆的传输损耗、反射、串扰等；2. 时域测试：测试两种电缆的眼图测试、波形测试等；3. 仿真：利用仿真软件，仿真眼图传输情况；4. 其他测试：呼叫测试(系统测试的一种，模拟实际应用的性能)。图2、3和4是部分的测试结果。

从 图2可以看到，两种电缆的差分传输损耗差不多，而电缆A得近端串扰则相对比较大。图3使用了仿真软件，仿真20米长的电缆，传输40Mbps信号的眼图情 况，仿真使用的电缆模型是利用上面频域测试得到的模型，通过仿真可以看到电缆B的眼图比电缆A的眼图要好，不论眼高还是眼图抖动。

图4是实际应用的眼图情况，很明显电缆B的眼图要比电缆A的眼图要好，和前面的仿真结果比较吻合，不过电缆A的实际反射比较大一点，这和仿真使用驱动器件的模型有关。

综合其他测试的结果，最后结论认为拟用来替代的国产电缆B，性能优于进口电缆电缆A，因此完全可以替代。这个替代，将给公司带来每年数百万元的成本下降。