信号完整性设计测试入门

信号完整性设计，在PCB设计过程中备受重视。目前信号完整性的测试方法较多，从大的方向有频域测试、时域测试、其它测试3类方法。

但是3类方法不是任何情况下都适合使用，信号完整性的测试方法，需要用到的仪器也很多。熟悉各类测试方法的特性，按照测试对象的特征和需求，选用合适些设计试方法，对于选择方案，验证效果能够大大提高效率。今天润博君从实战出发，为各位分享如下方法。

一、波形测试

波形测试，是信号完整性测试最基础的方法，通常使用示波器进行测试。测试波形的幅度、毛刺、边沿等。通过测试波形的特征，分析幅度、边沿时间等指标是否满足要求。波形测试需要遵循一定要求，才能保证测试误差尽量小。

主机和探头一起配套的带宽要满足要求。基板上测试系统的带宽应该在测试信号带宽的3倍以上。在工程实践中，有的工程师随意找些探头就测试，不同厂家的探头匹配不同厂家的示波器，综合情况测试系统的误差就会很大。

其次，需要注重细节。如测试点一般选择在接收器件的附近，若条件限制无法测试，像BGA封装这类的器件，需要放在靠近Pin脚的PCB走线上或者Via上。间隔接收器件PIn脚太远，信号发射，可能会促使测试结果和实际真实信号差异较大。探头的接地线，也尽可能选择短的地线等。

最后，应该考虑匹配。主要关于使用同轴电缆测试的应用场景，同轴接到示波器上，负载常规是50Ω阻抗的直流耦合，对于有的电路，需要直流偏置，直接将测试系统接入会导致电路工作状态有影响，最终导致测试不到正常的波形。

二、眼图测试

眼图测试，也是常规的测试方法。针对有相关规范要求的接口，如USB、SATA、HDMI、光接口等。该系列标准接口信号的眼图测试，主要通过具有MASK的示波器（含通用示波器、采样示波器、信号分析仪）。这类示波器内部具有的时钟提取功能，能够显示眼图。然而对于没有MASK的示波器，需要使用外接时钟实现触发。

使用眼图测试时，需要留意测试波形的数量，尤其是对于接口眼图判断是否符合规范时，数量太少，波形的抖动相对较小。常规情况下，测试波形的数量在3000左右最佳。

当前的一些仪器，使用分析软件，能够对眼图的详细情况进行查看，如在MASK中渗入了一些采样点，在原来是不知道具体渗入情况。所有的采样点是累加的，总体情况看就像长余晖显示。

然而现在新的仪器，采用长存储的方式。将波形采集后进行后期处理显示，波形的每一个细节都能够体现留存，可以查看波形的异常情况，如波形到底是10011还是01001，该功能能够辅助电子工程师快速定位问题分析并解决。

三、抖动测试

抖动测试备受关注，鉴于专用的抖动测试仪器，比如TIA(时间间隔分析仪)、SIA3000，价格不便宜，使用频次还很少。使用较多的是示波器加上软件处理，如keysight的EZJIT软件。通过软件处理，分离出不同分量，比如RJ和DJ，以及DJ中的各个分量。对于该类测试，选择的示波器，长存储和高速采样是必要条件，比如2M以上的存储器，20GSa/s的采样速率。

四、TDR测试

TDR测试目前主要应用于PCB(印制电路板)信号线、以及器件阻抗的测试，比如单端信号线，差分信号线，连接器线缆等。通常这类测试有要求，就是密切联系实际应用。比如实际该信号线的信号上升沿应该在550 ps附近，那么TDR的输出脉冲信号的上升沿需要对应设置在550ps左右，而不使用50ps左右的上升沿。否则测试结果可能和实际应用有较大差异。

纵观影响TDR测试精度的因素，主要有读数选择、反射、校准等，反射会导致较短的PCB信号线测试值误差严重，尤其是在使用TIP(探针)去测试的情况下最突出，因为TIP和信号线接触点导致很大的阻抗离散，导致反射发生，并导致附近范围的PCB信号线的阻抗曲线波动。

五、时序测试

如今器件的工作速率不断加快，时序容限相对也越来越小。时序问题引发的产品不稳定等问题也是常见的，所以时序测试的重要性非常突出。测试时序常规需要多通道的示波器和探头，示波器的码型和状态触发或者逻辑触发功能，方便快速抓取到目标波形。

逻辑分析仪用于做时序测试的情况并不多，因为它主要作用是分析码型，即分析信号线上的具体是什么码，密切联合实际代码，初步分析相关指令或数据。

针对要求不高的应用场合，可以使用逻辑分析仪来测试。其相对示波器而言，优势在于通道数量多，但是其劣势在于探头连接困难，测试准备工序麻烦。

六、频谱测试

在开发前期，关于产品的测试应用较少。然而在后期的系统测试，如EMC的试验，许多产品必须经历的测试过程。通过这种测试发现一些超标的频点，然后使用近场扫描仪（核心仪器是频谱仪）。像EMC Scanner分析电路板上具体的区域频谱超标，从而排查超标的原因。但是这类设备通常较昂贵，一遍机构都不具备条件。因此常规情况下都是在设计前期考虑做好匹配和屏蔽，规避后期测试的结果不达标。

七、频域阻抗测试

如今有许多标准接口，像E1（欧洲）/T1（北美）等，目的在于避免太多的能力反射，需要进行较好的匹配，同时在微波或者射频，互相对接，阻抗都有所要求。通常情况下，需要进行频域的阻抗测试，阻抗测试常用网络分析仪（Network Analyzer），单端输入端口简单，差分输入端口，较为复杂，需要巴伦进行差分和单端转换。

八、传输线损耗测试

传输线损耗测试，主要针对长的电路板走线，或者线缆等，传输距离较远，或者进行高速信号传输的情况下，以及频域的串扰等，均可以通过网络分析仪来测试。因此，对于PCB的差分信号或者双绞线，可以使用巴伦进行差分转换单端，或者使用4端口网络分析仪来测试。

九、误码测试

误码测试通常是系统测试，使用误码仪，或者部分软件都可以完成测试。有时候通过两台PC，使用软件，测试连接两台PC间的网络误码情况。误码测试能够对数据的每一位进行测试，相比其它仪器（如示波器）只是部分时间开展采样，剩下大部分时间都在等待。容易遗漏细节。尤其是低误码率的设备，误码测试需要耗费大量时间，有时耗时一整天，或者几天。

在实际工程应用中，采用综上所述的测试手段，需要根据被测试对象，具体情况具体分析。有的需要考虑接口、就需要眼图测试、阻抗测试、误码测试灯。另外有的普通电路板，可以采用波形测试、时序测试等。若设计的电路有高速信号，可以使用TDR测试，针对高速串行信号、时钟信号灯，还可以采用抖动测试等。

同时，还有许多的仪器都可以实现多种测试、像示波器、能够实现时序测试、波形测试、眼图测试、抖动测试等。网络分析仪能够实现频域阻抗测试、传输损耗测试等。综合分析、灵活应用，提高测试效率、及时规避设计中的问题关键。