1、硬件測試部 韓海磊 2009.5.24客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長信號完整性基礎價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任不斷縮小的特征尺寸為什么要進行信號完整性分析？l 信號邊緣速率越來越快l 片內和片外時鐘速率越來越高l 系統和板級SI、EMC問題更加突出越來越強的電路功能l 電路的集成規模越來越大l I/O數越來越多l 單板互連密度不斷加大越來越強的市場競爭l 推向市場的時間不斷減少l 開發成本成為主要推動力l 越來越強的市場競爭一次性設計成功的挑戰價值觀：客戶第一 | 陽光溝

2、通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任Signal Integrity定義 信號完整性（Signal Integrity）：就是指電路系統中信號的質量，如果在要求的時間內，信號能不失真地從源端傳送到接收端，我們就稱該信號是完整的。價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任信號完整性它包含兩方面的內容，一是獨立信號的質量，另一個是時序。我們在電子設計的過程中不得不考慮兩個問題：信號有沒有按時到達目的地？信號達到目的地后它的質量如何？我們做信號完整性分析的目的就是確認高頻

3、數字傳輸的可靠性。價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任 在數字系統中，信號以邏輯0或者1的方式從一個器件傳輸到另外一個器件，信號到底是0還是1一般來說它們都是有一個參考電平的。在接收端的輸入門里面，如果信號的電壓超過高電平參考電壓Vih，則該信號被識別為高邏輯；如果信號的電壓低于低電平的參考電壓Vil，則該信號就被識別為低邏輯。我們下面這個圖就是一個理想的信號價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任信號完整性的一些概念 1.傳輸線（Tr

4、ansmission Line）：由兩個具有一定長度的導體組成回路的連接線，我們稱之為傳輸線，有時也被稱為延遲線。傳輸線一共有四種:微波線,帶狀線,差分線和放射狀傳輸線價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任 2.集總電路（Lumped circuit）：在一般的電路分析中，電路的所有參數，如阻抗、容抗、感抗都集中于空間的各個點上，各個元件上，各點之間的信號是瞬間傳遞的，這種理想化的電路模型稱為集總電路。3.分布式系統(Distributed System)：實際的電路情況是各種參數分布于電路所在空間的各處，當這種分

5、散性造成的信號延遲時間與信號本身的變化時間相比已不能忽略的時侯，整個信號通道是帶有電阻、電容、電感的復雜網絡，這就是一個典型的分布參數系統 4.特征阻抗（Characteristic Impedance）：交流信號在傳輸線上傳播中的每一步遇到不變的瞬間阻抗就被稱為特征阻抗，也稱為浪涌阻抗，記為Z0?？梢酝ㄟ^傳輸線上輸入電壓對輸入電流的比率值(V/I)來表示 價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任 5.趨膚效應（Skin effect）：指當信號頻率提高時，流動電荷會漸漸向傳輸線的邊緣靠近，甚至中間將沒有電流通過。與

6、此類似的還有集束效應，現象是電流密集區域集中在導體的內側 6.反射（Reflection）：指由于阻抗不匹配而造成的信號能量的不完全吸收，發射的程度可以有反射系數表示。價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任7.過沖/下沖（Over shoot/under shoot）：過沖就是指接收信號的第一個峰值或谷值超過設定電壓對于上升沿是指第一個峰值超過最高電壓；對于下降沿是指第一個谷值超過最低電壓，而下沖就是指第二個谷值或峰值 8.振蕩：在一個時鐘周期中,反復的出現過沖和下沖,我們就稱之為振蕩 9.串擾：串擾是指當信號在傳

7、輸線上傳播時，因電磁耦合對相鄰的傳輸線產生的不期望的電壓噪聲干擾，這種干擾是由于傳輸線之間的互感和互容引起的。 價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任10.地彈（Ground Bounce）：指由于封裝電感而引起地平面的波動，造成芯片地和系統地不一致的現象。主要的信號完整性問題包括反射、振蕩、地主要的信號完整性問題包括反射、振蕩、地彈、串擾等彈、串擾等價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任在信號完整性測試中主要的測量參數： 上升時間（上

8、升時間（risetime) :上升沿從10%到90%（或者20%-80%）所需要的時間 下降時間（下降時間（falltime）:下降沿從90%到10%（或者80%-20%）所需要的時間 過沖（過沖（Overshoot）:就是第一個峰值或谷值超過設定電壓對于上升沿是指最高電壓 而對于下降沿是指最低電壓價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任 下沖（下沖（undershoot）:就是第二個峰值或谷值超過設定電壓 對于上升沿過度地谷值或對于下降沿太大地峰值。 設置時間（設置時間（settling time）就是對于一個振蕩

9、的信號穩定到指定的最終值所需的時間價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任信號的偏移（信號的偏移（skew）：是對于同一個網絡到達不同的接收器端之間的時間偏差。 Slew rate：就是邊沿斜率（個信號的電壓相對時間改變的比率）。建立時間（建立時間（setup time）：是指在觸發器的時鐘信號上升沿到來以前，數據穩定不變的時間，如果建立時間不夠，數據將不能在這個時鐘上升沿被打入觸發器；保持時間（保持時間（hold time）：是指在觸發器的時鐘信號上升沿到來以后，數據穩定不變的時間， 如果保持時間不夠，數據同樣不能

10、被打入觸發器 價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任電平沒有達到邏輯電平門限負載過重傳輸線過長電平不匹配驅動速度慢常見的信號完整性現象及其產生的原因價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任多次跨越邏輯電平閾值錯誤電感量過大阻抗不匹配價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任延時錯誤(Propagation Delay)負載過重傳輸線過長驅動速度慢價值觀：客戶第一

11、| 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任上沖/下沖高速、大電流驅動阻抗未匹配電感量過大價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任振鈴（不單調）傳輸線過長串擾多負載阻抗不匹配價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任昏睡的眼圖原因很多：阻抗不連續，損耗價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任串行總線及測試從并行

12、總線到串行總線PCI Express簡介價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任總線發展的6大特點: 單端信令= 差分信令 并行數據= 串行數據 共享時鐘= 嵌入式時鐘 預加重 擴頻時鐘總線發展的特點價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任大的信號電壓擺幅更多的EMI干擾與噪聲, 較低的SNR單端信令和差分信令比較第一點: 單端信令= 差分信令小的信號電壓擺幅, 更少的耗電更少的EMI干擾與噪聲, 差分信令去除共模噪聲, 實現較高的SNR價

13、值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任差分方法測量1個差分信號2個通道A/D前相減運放CMRR30dB!不需De-Skew差分信號測試方法單端方法測量2個單端信號2個通道A/D后相減需要De-Skew價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任 Data與CLK的Skew = 建立保持時間違反 通過復雜的布線促使在接收端不違反建立保持時間 速度高= 建立保持時間窗口更小= 更難控制布線傳輸延遲一致串行數據 PCB占用空間較小 測試建立保持時間=

14、 測試抖動并行數據和串行數據第二點: 并行數據= 串行數據價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任PCB上的并行總線走線和串行總線走線價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任共享時鐘和嵌入式時鐘第三點: 共享時鐘= 嵌入式時鐘共享時鐘共享時鐘: 范例范例: PCI 時鐘與數據分別不同路徑被傳送 布線時要注意不能違反建立與保持時間源同步源同步Source Synchronous: 范例: AGP 單一Strobe, 或時鐘加Strobe, 并

15、行多路數據源同步 布線時要注意不能違反建立與保持時間串行差分串行差分: 范例范例: PCI-E 單傳數據, 不傳時鐘, 接收端恢復時鐘 布線時需要注意一對差分線的傳輸時延 更簡潔的布線, 容易實現更長的傳輸距離與速度串行差分 需要注意：眼圖、抖動、阻抗連續性和匹配價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任抖動的定義為“信號的定時事件與其理想位置之間的偏差抖動按待測試信號的種類來劃分： 時鐘抖動 數據抖動按計算方法來劃分： TIE抖動：信號周期相對于一個已知或恢復時鐘的誤差。 Period抖動：是在多個周期內對信號周期的

16、變化進行的測量。 Cycle to Cycle抖動：是對信號相鄰周期的變化進行測量的結果。 Half Period抖動：半個周期的抖動變化（與Period jitter的計算 類似價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任例：某100MHz時鐘，第一個到第四個周期分別為9.9ns, 10.1ns, 9.9ns, 10.0ns，假設其理想時鐘固定在10nsTIE Jitter： T1 = 10-9.9 = 0.1, T2 = 10-10.1 = -0.1, T3 = 10-9.9 = 0.1 ,T4 = 10-10 =

17、0TIE pk-pk jitter = 0.1 (-0.1) = 0.2 nsTIE RMS jitter = 參數T1.T4 的標準偏差價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任Period JitterP1 = 9.9 P2 = 10.1 P3 = 9.9 P4 = 10Period Jitter pk-pkvalue = 10.1 -9.9 = 0.2 nsPeriod Jitter RMS value =參數P1.P4 的標準偏差Cycle to Cycle jitterC1 = P2-P1 = 10.1-9.

18、9 = 0.2 C2 = P3-P2 = 9.9-10.1 = -0.2 C3 = P4-P3 = 10-9.9 = 0.1Cycle to cycle jitter PK-PK value = 0.4 nsCycle to cycle jitter RMS value =參數C1.C4 的標準偏差價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任抖動的分類價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊重簡單重用檢查并行勇氣反饋認真責任Tj：為在特定BER下的總抖動。Dj：固有抖動是總抖動

19、的峰峰非隨機部分。該參數是所測得的周期性抖動（Pj）的峰峰值和數據相關性抖動（DDj）之和。DJ 的最常見原因，包括反射、串音、開關噪聲以及電磁干擾EMI。Pj：周期性抖動（有時稱為“正弦抖動”）是由與數據信號不相關的原因引起的抖動。該DJ 組件來自于相鄰的電路，例如電源噪聲、片上振蕩器、數據總線等，我們可以觀測其抖動頻率成分，再根據其抖動頻率成分找到抖動源，采取相關措施減少抖動。DCD：占空比失真是在所捕獲的波形中測量所有脈沖得到的正向脈沖（低高低）和負向脈沖（高低高）之間的寬度的平均差。ISI：碼間干擾抖動是數據跳變序列相關的系統影響導致的峰峰抖動。Rj：隨機抖動被認為是服從高斯分布并且是無界的，Rj的主要來源是熱噪聲， Rj（隨機抖動）(Tj-Dj)/N，N 是相對應所選BER（或者置信區間）的標準偏差的數量。價值觀：客戶第一 | 陽光溝通 | 團隊協作 | 擁抱變化 | 學習成長行為準則：尊