技术资讯 | 信号完整性测试基础知识

本文重点

信号完整性测试需要从测试电路板和原型获取实验数据并加以分析。

在理想的工作流程中，还会仿真信号完整性指标，并将其与实际测量值进行比较。

信号完整性测试只能检查特定的结构，通常需要在测试前设计和仿真测试电路板。

为确保可靠性并符合行业标准，高速 PCB 和高频 PCB 必须经过一系列测试。其中许多测试都是由层压板供应商或 PCB 制造商执行，这有助于确保符合安全和环境法规以及基本电气要求。另外还需要考虑 EMC 测试，对于准备大批量生产并投放到市场的设计而言更是如此。

在保障性能方面，设计团队负责的一个领域是信号完整性。当设计人员制作具有高速通道的原型时，可能需要执行基本的信号完整性测试程序，以确保产品能够按预期运行。成功完成测试需要使用正确的仪器，还要将数据与仿真结果进行比较，以全面评估产品性能。

信号完整性测试中需要检查哪些内容

在信号完整性测试中，我们检查的一些基本事项对于系统的性能而言至关重要，并且涉及到直接检查电路板中的信号行为：

传输线和电路阻抗，这通常必须在具有已知 S 参数的附加装置的测试电路板上完成。

信道损耗、抖动和失真，可以使用原型或测试电路板中的测试夹具直接进行信号测量。

来自高速通道的 EMI，这可能表明电路中存在其他问题，或者高速通道中的阻抗匹配存在问题。

信道之间的串扰，只有在具有多条并行线路的测试电路板上才能有效测量。

信号完整性测试并不是始终依赖于直接测量信号。在某些情况下，尤其是在组装的原型中，我们无法直接执行测量并获得准确的信号测量值。相反，我们可能必须使用原型电路板来测量其他方面，或者设计一个包含可用于特定测量的夹具的测试电路板。

重要测试设备

以下展示的是市场上一些最常见的信号完整性测试设备。

矢量网络分析仪

 它用于网络参数测量，尤其适用于极高频率的 S 参数。在信号完整性测试中，它通常使用 DUT 或拟议信道设计进行 2 端口或 N 端口 S 参数测量，目的是提取信道中传输线部分/DUT 的 S 参数。然后可以在签核之前将传输线或 DUT 的 S 参数与仿真结果或信号标准进行比较。

矢量网络分析仪

示波器

这是将信号测量值重建到时间域的主要工具，允许直接测量振铃、码间干扰（ISI）、抖动和差分偏差等。一些示波器可以配置为高速信道的误码率测试仪。

使用示波器进行眼图中的误码率测试

时域反射计

该工具用于检测光纤电缆中的断裂、裂缝或低质量保险丝，也可用于测量传输线或波导的阻抗和衰减。在这种测量中，会将脉冲发送到测试线路的输入端，并且可以测量沿线路产生的任何反射，之后在时域中的图表中显示。通过将反射脉冲中的峰值信号功率与输入进行比较，还可以测量输入和反射之间的衰减。

时域反射计

近场探针

这个简单的设备用于测量电路或一组器件发出的近场 EMI。该设备非常适合追踪可能因信号完整性或电源完整性问题而产生的 EMI 问题。此类示例包括布线期间接地不良（例如，在换层的时候），这会产生辐射 EMI 或激发高频腔体模式的电源总线噪声。这些探针通常应具有较高的衰减比（10:1），这样就可以用示波器或频谱分析仪正确解析辐射信号。

用于测量辐射 EMI 的近场探针

在信号完整性测试之前运行仿真

在从测试电路板或原型收集测量结果之前，应该使用仿真来提取重要的电气参数和性能数据。这有助于在收集测量结果之前为设计生成基准，并在制作原型之前发现简单的设计问题。以下总结了设计中需要仿真的一些要点以及相应的测量。

关于要仿真的点，具体列表取决于特定的设计和性能标准。无论需要仿真哪些内容，我们都可以使用正确的设计工具来对预期的物理布局和测试电路板进行仿真。这些仿真需要使用集成的 2D 和 3D 电磁场求解器，因为它们是在 PCB layout 中执行的，而不是在 SPICE 仿真的电路原理图中执行的。当我们可以将物理布局与 3D 场求解器快速连接时，就得到了一个有助于加快设计、测试和仿真的解决方案。

新一代 Sigrity X 可以与 Clarity 3D Solver 配合工作，并与 Cadence Allegro X PCB Designer 和 Allegro X Advanced Package Designer 工具紧密集成。这一全新特性可以帮助 PCB 和 IC 封装设计师将端到端、multi-fabric 和多电路板系统（从发射端到接收端或从电源到耗电端）相结合，确保 SI/PI 成功签核。

Sigrity X 也将提供全新的用户体验，支持不同分析工作流程间的无缝过渡，进一步缩短复杂系统级 SI/PI 分析的设置时间。