高速串行信號帶來的測試挑戰(zhàn)
消費者對通信和計算機產品的要求越來越高，不斷提升的速度、不斷增長的容量，但卻不能成正比變化的價格，成為用戶決定是否掏錢購買新款產品的基本要求。這些來自終端客戶的需求通過產業(yè)鏈逐級傳遞到產品研發(fā)工程師對測試儀器的需求層面。能設計出超高數(shù)據(jù)傳輸速率的通信產品，就一定需要性能匹配的信號測試工具，否則無法保證最終產品的性能、質量和一致性。
五年前，數(shù)據(jù)吞吐率在3.125Gb/s的通信系統(tǒng)背板只是停留在少數(shù)頂尖通信設備商預研階段的概念，2.5Gb/s的PCI-Express G1協(xié)議也只是售價昂貴的高端通信產品才具備的內部互連總線。而如今，傳輸能力達6.25Gb/s高速背板已經非常普遍的應用在通信設備上，單對線吞吐率高達12Gb/s的串行背板總線在技藝精湛的工程師手上也即將變?yōu)楝F(xiàn)實。更高傳輸速率達5.0Gb/s的PCI-Express G2也早已是普通PC聲卡、顯卡的標準配置。而實際上，高達8Gb/s的PCI-Express G3總線標準也將在2009年正式面世，還有4.8Gb/s的USB3.0接口、6.4Gb/s的FB-DIMM存儲器架構，乃至10Gb/s的Serial Rapid I/O串行協(xié)議等。
5Gb/s以上新串行協(xié)議層出不窮，面對這么高速的測試信號，需要全新的思維：因為測試儀器本身已經構成了工程師診斷問題的障礙，示波器主機、探頭、測試夾具、電纜對被測信號哪怕是一點點的破壞，也可能讓你得出與事實完全相反的結論，這不僅需要示波器具備更高放大器帶寬和采樣性能，而且能夠去除由于測試設備的引入而對被測電路帶來的負面效應；另一方面串行協(xié)議內容越來越復雜，需要更高級的分析軟件和仿真模型來深入洞察問題的本質。這兩方面催生工程師對測試設備的需求不斷提高，同是也給測試儀器廠商帶來巨大的挑戰(zhàn)。
為工程師提供匹配眼下乃至未來一段時間內高速串行信號測試需求的數(shù)字示波器，降低工程師測試信號的難度和復雜度，讓他們把主要精力集中在產品設計上，而不是產品測試上，是具有領導地位的測試儀器產商不可推卸的責任。
圖1 QualiPHY串行協(xié)議一致性測試界面
滿足高速串行信號測試的高帶寬高采樣示波器
WaveMaster 8Zi系列示波器及串行數(shù)據(jù)分析儀，為工程師測試新一代高速串行信號提供了全面的解決方案。這款示波器的基本性能包括：最高達30GHz前端采集帶寬、最高達80GS/s的實時采樣率、最深達512Mpts的可分析波形內存，大于15GHz的邊沿觸發(fā)帶寬、最長達80bit的串行觸發(fā)能力，以及標配比傳統(tǒng)方法更精確的眼圖和抖動測量軟件包—SDA II，串行協(xié)議一致性分析集成化工具—QualiPHY，為分析高速串行鏈路信號完整性而量身定制的Eye Doctor II軟件包，這些示波器行業(yè)的多項創(chuàng)新設計為工程師分析從100Mb/s的百兆以太網到12Gb/s的高速通信背板信號質量都提供了堅實的技術基礎。由于版面有限，關于該產品的詳細介紹請參閱其網站。
創(chuàng)新的高速串行數(shù)據(jù)分析方案
SDA 8 Zi串行數(shù)據(jù)分析儀基于WaveMaster 8 Zi系列示波器，標配存儲器提高了一倍，可以捕獲眼圖中更多的單位間隔。同時擁有增強的高速串行碼型觸發(fā)功能，支持高達80位碼型，工作速度高達3.125Gb/s。
SDA8Zi標配的串行數(shù)據(jù)分析平臺——SDA II功能非常全面，包括基于NQ-Scale技術的抖動分解方法及更精確的抖動分類工具，提高了工程師測量高速信號微小抖動的信心，也提供了更全面的洞察力，深存儲時的眼圖生成速度要比傳統(tǒng)示波器快20～100倍，可以在3秒內捕獲、分析和顯示近100萬個PCI Express單位間隔。其他工具如IsoBER(由已捕獲的眼圖去推測更長時間的眼圖閉合情況)和模板違規(guī)定位器，可以簡便地了解復雜的問題。電纜補償功能可以去掉電纜失真影響，在高速眼圖上更準確地測量定時和幅度。新推出的SDA 8 Zi分析儀同時標配眼圖、時間間隔誤差、浴盆曲線、抖動直方圖及其他抖動分類分析等多個完整的視圖。使用QuickView(快速查看)功能，工程師可以快速“一鍵”了解到串行信號的全貌，包括眼圖和抖動的多角度視圖。
在一致性測試階段，可以對各種既定標準使用自動化QualiPHY軟件，如PCIe、SAS、SATA、HDMI、DisplayPort和XAUI。圖1所示為QualiPHY分析SATA一致性的操作界面，整個操作過程便捷，全面覆蓋標準規(guī)定的測試項目，并能自動輸出美觀實用的測試報告。
創(chuàng)新的信號完整性分析方案
為了在最困難的測量環(huán)境中測試最快速的新興技術，需要使用帶寬高達30GHz的示波器。在50ps上升時間或 2.5Gb/s以下數(shù)據(jù)速率表現(xiàn)得不太明顯的測試挑戰(zhàn)，在上升時間接近或變成小于25ps或信息速率超過5Gb/s時成為不可規(guī)避的問題。在這些速度下，工程師面臨著以前只限于微波頻域的信號完整性問題，如不理想的測試夾具和連接電纜的負載效應會從被測電路中汲取能量，從而降低幅度和相位測量的保真度。實現(xiàn)下一代高速串行數(shù)據(jù)標準的工程師面臨著更快速、更復雜的信號挑戰(zhàn)，與此同時，串行數(shù)據(jù)通道(互連、傳輸線、背板)速度并沒有同步提高，導致串行數(shù)據(jù)通道中的信號劣化問題。另外，新興串行數(shù)據(jù)標準如USB 3.0，要求模擬(仿真)信號傳輸路徑，在所有用戶環(huán)境中都保證可靠的性能。最后，串行數(shù)據(jù)接收機硬件是為平衡信號劣化專門設計的，但工程師沒有任何途徑直接探測到SerDes接收端芯片內部應用了均衡優(yōu)化后的被測信號的性能，道理很簡單，因為沒有任何辦法可以將探頭伸入到芯片內部。
解決方案是力科Eye Doctor II信號完整性系列工具，它提供了電纜和測試夾具反嵌功能、預加重和去加重建模功能、串行數(shù)據(jù)通道仿真功能和串行數(shù)據(jù)接收機均衡功能。Eye Doctor II能夠對圖2所示典型的串行鏈路進行建模并仿真各個部分對信號的影響：
圖2 Eye Dr II對應的串行鏈路模型
圖3 Eye Doctor II對串行信號均衡仿真效果
WaveMaster 8Zi支持對串行通道或測試夾具使用工業(yè)標準的S參數(shù)描述，支持最多到16端口的信道模型，并將每個S系數(shù)以Plot的形式繪制在屏幕上，方便客戶多角度觀測信道質量。獲得S參數(shù)文件的方法包括采用矢量網絡分析儀或力科WaveExpert取樣示波器的TDR模塊，或采用專門的EDA仿真軟件。對均衡器的描述有兩種方法：第一，有經驗的工程師可以輸入均衡器內部每個抽頭的準確參數(shù)；第二，只需輸入基本的信號參數(shù)如數(shù)據(jù)率、門限判別電平等，Eye Doctor II會訓練出一套最優(yōu)化的抽頭系數(shù)。圖3是對芯片Pin測得已接近閉合的眼圖在均衡仿真后的眼圖，可以看出，對均衡后的信號做眼圖和抖動分析更有意義。
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