### Agilent PLTS 信号完整性测试系统培训知识点 #### 第一章：信号完整性测试的背景知识 ##### 数字技术的发展趋势 随着数字技术的发展，尤其是从1997年到2005年间，我们可以看到从10/100以太网到10吉比特以太网的演变，以及各种接口技术如PCI、PCI-X、PCI Express、SATA等的不断进步。这些技术的发展促使了数据传输速率的显著提高，从并行接口逐渐过渡到串行接口，进一步提高了系统的传输效率。 ##### 信号完整性面临的挑战 由于数据传输速率的提高，信号完整性问题变得尤为突出： - **数据速率越来越快**：随着数据速率的提升至1Gbps以上，信号的上升时间变得更短。 - **反射问题加剧**：高速信号在传输过程中容易遇到反射问题，尤其是在不连续的传输线处。 - **频域分析需求增加**：为了准确评估信号质量，需要在频域内进行更详细的分析。 ##### 信号完整性定义 信号完整性(Signal Integrity, SI)是一种新技术，主要关注信号在传输过程中的质量，特别是在高速领域。数字信号不仅需要满足逻辑层面的要求，还必须考虑物理层面上的影响，因为信号的模拟特性可能会影响最终的逻辑结果。 ##### 信号完整性解决的问题 信号完整性涉及多个方面的技术问题： - **反射**：信号在传输过程中遇到阻抗变化而引起的反射现象。 - **串扰**：相邻信号线之间的干扰。 - **过冲与振铃**：信号在上升沿或下降沿时出现的异常波动。 - **地弹**：由信号切换引起的电源电压或地电压的瞬态变化。 - **阻抗控制与匹配**：确保信号线的特性阻抗与端接电阻匹配，以减少反射。 - **EMC(电磁兼容性)**：减少信号产生的电磁辐射，防止干扰其他设备。 - **热稳定性**：确保在不同温度条件下信号传输的稳定性和可靠性。 - **时序分析**：分析信号到达各个接收端的时间差异，确保同步性。 - **芯片封装设计**：考虑芯片封装对信号完整性的影响。 ##### 影响信号完整性的因素 信号完整性受多种因素影响，主要包括： - **PCB层设置和材料**：PCB的层数、材料等会影响信号线的特性阻抗。 - **线宽、线长、线间距**：高速、高密度PCB设计中，这些参数直接影响信号质量。 - **温度、工艺**：温度变化和生产工艺对设计参数的影响，间接影响信号完整性。 - **器件工作频率和速度**：器件的工作频率和速度直接影响信号质量。 - **多负载拓扑结构**：复杂的多负载结构会加剧信号完整性问题。 - **阻抗匹配与负载**：不匹配的阻抗和负载会导致信号反射。 - **电源、地分割**：电源和地线的布局不当会影响信号质量。 - **趋肤效应**：高频信号在导体表面传播的现象，影响信号质量。 - **回流路径**：信号回路的设计不合理会影响信号完整性。 - **连接器和过孔**：这些组件的质量直接影响信号传输质量。 - **电磁辐射**：信号传输过程中的电磁泄漏可能干扰其他信号。 #### 典型信号完整性现象 - **逻辑问题**：信号电平未能达到逻辑门限值，可能是由于负载过重、传输线过长等原因造成。 - **过冲问题**：信号上升或下降时出现的超出正常范围的峰值，通常由阻抗未匹配、电感量过大引起。 - **串行信号眼图问题**：串行信号的眼图质量不佳，可能是因为阻抗不连续或信号损耗等问题导致。 #### 抖动概念 抖动(Jitter)指的是信号相对于理想时间位置上的短期偏离。它可以通过多种因素引起，包括但不限于热噪声、占空比失真、电源噪声、芯片内部耦合、互连损耗、阻抗不匹配和串扰等。 #### 何时考虑信号完整性 信号完整性问题通常出现在以下情况： - 当信号频率达到或超过20MHz~33MHz，并且这种高速电路占据整个系统一定比例时（例如三分之一），就需要考虑信号完整性问题。 - 在设计高速信号线路时，特别是当信号的上升时间和下降时间小于传输线长度的信号周期时，信号完整性问题更为明显。 通过以上的详细介绍，可以清晰地了解到信号完整性测试的重要性及其在现代电子设计中的关键作用。Agilent PLTS信号完整性测试系统能够帮助工程师们有效地诊断和解决信号完整性问题，从而确保产品的高性能和可靠性。

Keysight是德软件 物理层测试系统(PLTS)2014

现在越来越多的工程师都在用4端口高性能矢量网络分析仪进行高速背板、高速数字电缆、高速连接器、高速PCB的信号完整性测量和分析。因为这些高速互连的信号速率大都高于3.125Gbps. 　　如果这些类型的高速互连的信号速率低于2.5Gbps,一般用差分阻抗参数即可表征，用时域反射计TDR进行测量和分析即可满足要求。但当信号速率高于3.125Gbps后，达到6.25Gbps,甚至10Gbps,甚至25Gbps后，阻抗参数模型过于简化，不足于表征高速互连性能，混合模式S参数则可以精确的像衡量微博系统一样来衡量高速互连的性能。 　　在仿真分析方面，仿真分析软件确实可以替代PLTS,如：TDR参数的转换，眼图/模板的仿真等。但是对于增强测试精度和便捷性方面，仿真分析软件是没法替代PLTS的，特别是用于高速背板测量时。测量高速背板时，校准是非常复杂的，同时又是特别重要的。