连接器等高速互连的测试和分析解决方案.ppt

Page1,SignalIntegrity,连接器等高速互连的测试和分析解决方案,议题,高速总线的发展趋势高速互连的信号完整性分析安捷伦应对高速互连的测量和分析的解决方案物理层测试系统(PLTS)对连接器等高速互连的测试和分析,SignalIntegrity,Page2,Page3,当今高速数字设计的挑战,更高的信号速率引起显著的信号完整性(SI)问题:需要考虑板级，连接器，电缆等互连的高频效应需要更高质量的探头和测试夹具需要尽量降低抖动标准规范以每2-3年的速度快速演进:以现有的设计进展将更困难更紧的裕度对测量提出更大的挑战购买仪器的频率加快FPGAs更加广泛的应用:简单的采用参考设计不再可行对于整体性能的模拟变得更困难需要对I/O进行定性分析,Page4,关键高速串行I/O技术的发展,012345678910111213141516Gb/s,Ethernet,DisplayPort,PCIExpress,Available,Planned,SerialATA,SAS,HDMI,FibreChannel,USB,FB-DIMM,DDR,5G,480M,2.5G,5G,8G,1.5G,3G,6G,1.5G,3G,6G,1G,2G,4G,8G,16G,1G,3.125(XAUI),10G,4.8G,9.6G,1G,1.6G,3.4G,2.7G,1.6G,5.4G,SignalIntegrityisimportant,5G,高速信号完整性的挑战,数据速率越来越快,上升时间越来越快,反射越来越大,在频域进行数据的分析,背板,芯片封装,电缆,PCB,连接器,高速互连面临挑战,议题,高速总线的发展趋势高速互连的信号完整性分析安捷伦应对高速互连的测量和分析的解决方案物理层测试系统(PLTS)对连接器等高速互连的测试和分析,SignalIntegrity,July2009,Page7,SignalIntegrity,July2009,Page8,什么是信号完整性?,driver,receiver,Seriestermination(40Ohms),3”PCBTrace,信号完整性:信号互连的电气特性引起显著的数字信号失真需要考虑传输线的效应，比如阻抗,3”PCBTrace,driver,trise0.5UI经校准、综合一致的抖动注入：RJ、RJ-LF、RJ-HF、PJ1、PJ2、SJ、BUJ、ISI、正弦干扰、SSC和剩余SSC出色的信号性能和灵敏度内置CDR和可调节、一致的环路带宽用于正向时钟设备的半速率时钟和可变占空比可测量BER、BERT扫描、RJ/DJ分离的TJ、眼图、眼图模板、BER轮廓、自动抖动容限，并可捕获码型使用60种模块码型序列发生器产生PRBS和码型所有选件都可以从N4903A进行改型和升级,N4903B分析功能,以标准的一致性模板测量眼图,表征眼图张度，在1e-12误码率情况下眼图轮廓,BERT扫描显示浴盆曲线，TJ,RJ,DJ,自动化的抖动容限测试,议题,高速总线的发展趋势高速互连的信号完整性分析安捷伦应对高速互连的测量和分析的解决方案物理层测试系统(PLTS)对连接器等高速互连的测试和分析,SignalIntegrity,July2009,Page30,信号完整性与S参数的关系,R1,R1=R2=Z0,阻抗被很好控制，损耗较小,阻抗不连续，损耗较大,R1,R2Z0,S11高：高反射S21低：低传输,Vr,R2,Vt,Z0,Z0,好的信号完整性,R1,R2,Z0,Z0,S11低：低反射S21高：高传输,差的信号完整性,单端S参数和TDR/TDT的关系,回波损耗或TDR,插入损耗orTDT,近端串扰(NEXT),远端串扰(FEXT),频域参数,时域参数,FFT或IFFT,混合模式S参数,物理层测试系统(PLTS),主要特点支持VNA和TDR校准引导直接控制仪器去嵌入虚拟码形发生器眼图仿真RLCG提取模型输出到ADS或HSPICE,GPIB,功能强大的分析工具，包括一体化时域反射计（TDR）、时域传输（TDT）、频域和眼图等对单端、差分、共模和模式转换设备进行全面表征,先进的校准技术消除测量设备和电缆的误差并在被测件上建立参考平面,PLTS提供了全面的特性表征,频域(S-参数)时域(TDR/TDT)前向、反向测试传输，反射测量单端，差模，共模和模式转换眼图仿真RLCG参数提取,S-参数,TDR,眼图,RLCG参数,PLTS单次测量取得所有结果,2/28/2003,差分TDR(TDD11)使用直观的时域数据，可以观察阻抗不连续的位置。表明在连接器的位置上的额外电容性，可以通过优化通孔的大小改善系统带宽。,眼图分析通过数字码型发生器修改信号边沿速率和数据速率来激励模拟和预测真实运行情况下的眼图闭合问题。,混合模式TCD21)使用模式转换数据,可以发现EMI的敏感度问题。观察差分激励和共模响应的图形可以揭示不期望的模式转换,重新改善差分链路结构避免这些问题。,频域分析从频域角度观察数据可以揭示系统传输的线性度和反射问题。,PLTS眼图分析,眼图,测得的数据(TDRorVNA),冲击响应,卷积,PLTS虚拟眼图发生器,PLTSRLCG模型提取,R11,R12,Resistance,Capacitance,Inductance,Conductance,Resistance,Capacitance,Inductance,Conductance,L11,G11,C11,L12,C12,G12,RLCG模型采用等效电路的方法描述无源传输线的电特性PLTS能产生基于测量的耦合传输线的精确模型PLTS能将RLCG输出到建模与仿真软件如Agilent的ADS,Synopsis的HSPICE等,ADS原理图,传输线的RLCG模型,ADS设计软件,S,参数,Citifile,Touchstone,RLCG,测量的参数,ML2CTL模型,被测件,探针台和探针,4,-,端口TDR或VNA,时域,观察和分析,测量数据,Calibrationand,Measurements!,S,参数,HSPICE,W-Element模型,PLTS软件,建模与仿真,PLTS测量精度和可溯源性,校准引导简化了误差修正的过程,自动完成（手动需几个小时才能完成的有50多个步骤的4端口TDR误差修正）,完整的4-端口VNA误差修正几分钟内完成,时域反射计,矢量网络分析仪,PLTS时域门,Common,FWDTDR,FWDTDR,FWDTDR,FWDTDR,REVTDR,FWDTDT,REVTDR,REVTDR,REVTDR,FWDTDT,FWDTDT,REVTDT,REVTDT,FWDTDT,REVTDT,REVTDT,阻抗,时延,Gating之前,Gating之后,实例：XAUI背板测试,重要发现底层损耗较大过孔处发生模式转换,CharacterizationofaHigh-SpeedDifferentialChannel,Page43,在不同数据速率下验证眼图,2.5GB/sec,5GB/sec,10GB/sec,12.5GB/sec,对比：实际测试与PLTS的眼图分析,6.25GonFR4shortestconnection(J0-J5),DCAPLTS,3.125GonFR4shortestconnection(J0-J5),DCAPLTS,GoodCorrelation,特性表征报告,EasyaccessAutomaticMultipleformats,TDR和VNA比较,TDR和VNA没有本质区别，TDR从时域角度进行测试，VNA从频域角度进行测试,DUT,Receiver,幅度,相位,NetworkAnalyzer,参考,B,R,A,PLTS测试仪表的区别,接收机,脉冲发生器,DUT,Er,时域反射计(TDR),网络分析仪(VNA),反射,传输,SineWave,参数测试（传输反射特性）S-parameters,阻抗测试Impedance,&,TDR,动态范围VNA最大,PNATDR归一化20pSTDR只校准参考面,TDR的宽带接收机高噪底低信噪比低动态范围VNA的窄带接收机低噪底高信噪比高动态范围,E5071C的TDR选件是内嵌在ENA测试软件内的应用选件，他具有如下特点操作简单便捷测试快速精确由于传统TDR仪器的防静电能力对于高速串行互联分析而言，它是一体化的测试方案,E5071CTDR选件,SimilarlookandfeeltoTDRoscilloscope,E5071CTDR选件,NewOptionTDR,Option010,Needalotofkeyoperation,Option010vsOptionTDR,时域,频域,E5071CTDR选件,Timesearch,Zoom,Selectablerisetimedefinition(10-90%,20-80%),Peeling,Risetimesearch(10-90%,20-80%),Max&Minsearch,Waveformdata&memory,Ninemarkers,时域,频域,E5071CTDR选件,Bitpatterntypeselection,Bitlengthselectionupto215,Maskpatternedit,Pre-definedbuilt-inmasks,User-definedmasks,时域,频域,眼图,E5071CTDR选件,TDRSetupWizard,4steps!,E5071CTDR选件,DUT:50Ohmpattern,E5071CTDR选件,ENAOptionTDR,1ohm/div,TDROscilloscopes,1ohm/div,基于网络仪的TDR测试=低噪声,DUT:50Ohmpattern,E5071CTDR选件,ENAOptionTDR,1ohm/div,Averaging,TDROscilloscopes,1ohm/div,平均虽然能提高测试的精度,但,DUT:50Ohmpattern,E5071CTDR选件,ENAOptionTDR,1ohm/div,Averaging,TDROscilloscopes,1ohm/div,实时分析,DUT:50Ohmpattern,E5071CTDR选件,ESDRobustness,TDRoscilloscopeissensitivetoESD,E5071CTDR选件,ESD内置的保护电路,ESDRobustness,E5071CTDR选件,Implementingaprotectioncircuitisdifficult,becauseitwillslowdowntheris