「信号完整性测试」时域测试（波形、眼图、抖动）要求及仪器设备

信号完整性测试方法简介

信号完整性设计，在电路板设计过程中备受重视。熟悉各类测试方法的特性，按照测试对象的特征和需求，选用合适的测试方法，对于选择方案，验证效果能够大大提高效率。

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。）

时域测试

时域测试涵盖波形测试、眼图测试、抖动测试、TDR测试、时序测试。

01 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的要求，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，也尽可能选择短的接地线等。

• 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。

02 眼图测试

眼图测试：针对有相关规范要求的接口（USB、SATA、HDMI、光接口）等。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。

使用注意事项

• 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，总体情况看就像是长余晖显示。

• 然而现在新的仪器，采用长期存储的方式。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。

03 抖动测试

抖动测试备受关注，鉴于专用的抖动测试仪器（如TIA时间间隔分析仪、SIA3000，）价格高昂，使用频次少。

使用较多的是示波器加上软件处理（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。

04 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。

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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550 ps左右，而不使用50 ps左右的上升沿。否则测试结果可能和实际应用有较大差异。

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。

05 时序测试

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。

下篇我们进一步介绍频域测试（频谱测试、频域阻抗测试、传输线损耗测试）、误码测试；