高速逻辑分析仪探测

双端接系统

在双端接系统中，传输线中同时使用源电阻器和端接电阻器。在这种系统中，由于源端接电阻器和负荷端接电阻器形成的电阻分路器，只有一半的原始信号会到达接收机。逻辑分析仪探头一般会放在这类系统上任何地方。主要考虑因素是探头的RC时间常数。但是，在系统的任何位置上，电阻/阻抗将是线路特性阻抗的? (即50?//50?)。由于在探针上只能观察到一半的原始电压电平，设计人员必须保证满足逻辑分析仪的最小电压摆幅规范。

短线探测

短线探测是指探针不能直接放在目标的传输线上。探针和目标信号之间敷设的轨迹长度称为短线。短线可以由PCB轨迹、导线或连接器引线组成。由于PCB上的布局限制，很难避免短线探测。问题是探针离传输线的距离必须有多近、同时仍能在系统和逻辑分析仪中实现可以接受的性能？

在谈论传输线时，使用的经验法则也适用于逻辑分析仪短线。经验法则取决于系统上升时间。对逻辑分析仪，建议短线的电长度不超过系统上升时间的20%。对小于系统上升时间20%的电长度，可以把短线视作阻尼电阻，而不是分布式传输线。但是，在短线长度提高时，电容会大幅度提高。在某一点上，电容会超过探头的总电容。 下面的实例说明了特定上升时间可以接受的最大短线长度。这一实例使用150ps/英寸的传播速度，这在FR4介电PCB中非常典型。对标准50 , FR4微带传输线，单位电容一般是每英寸3pF。

实例

Trise= 150ps, Tstub=(150)*(0.2)= 30ps Length=(30)/(150)=0.20" Cstub=(0.2)*(3p)=0.6pF
Trise= 250ps, Tstub=(250)*(0.2)= 50ps Length=(50)/(150)=0.33" Cstub=(0.33)*(3p)=1.0pF
Trise= 500ps, Tstub=(500)*(0.2)= 100ps Length=(100)/(1500)=0.67" Cstub=(0.67)*(3p)=2.0 pF
Trise= 1000ps, Tstub=(1000)*(0.2)= 200ps Length=(200)/(150)=1.33" Cstub=(1.33)*(3p)=4.0pF

如果我们看一下通过1"短线连接到传输线负荷上的逻辑分析仪探头，我们可以说明上面的实例。下图说明了在探测负荷时1"短线探头对负荷端接传输线的影响，其中显示了四个上升时间。150ps、250ps和500ps上升时间把1"短线视为不可接受，而1000ps上升时间则能够正常运行。从这一图中可以明显看出，1000ps上升时间的特点要明显好于150ps上升时间。



图3. 在负荷上使用1"短线探头时，负荷端接系统接收机上的信号

下图说明了1"短线探头探针上的信号。再次可以明显看出，1000ps上升时间的特点要好于150ps上升时间。



图4. 负荷端接系统探针上的信号，在负荷上使用1"短线探头

这些图说明了在高速信号中，成功的逻辑分析必须考虑接收机和探针上的信号质量。

阻尼电阻器探测

很明显，在探针和被探测的系统之间增加一条短传输线会严重影响目标接收机和逻辑分析仪探针上的信号质量。在探针不能直接放在目标系统上时，改善探头和系统性能的方式之一是采用"阻尼电阻器探测"方法。通过直接在目标上插入一个阻尼电阻器，可以在探针上容忍更长的一段短线。阻尼电阻器有两种用途。首先，它把目标系统与短线探头的电容负荷隔开。此外，它消耗短线上的反射能量，从而使得逻辑分析仪能够观察到更清楚的信号。

为说明使短线长度达到最小的重要意义及阻尼电阻器的作用，看一下下面的实例。安捷伦科技的E5387A软接触逻辑分析仪探头通过长0.5"的短线连接到负荷端接系统上。通过使用信号完整性工具"Eye Scan"，可以绘制被探测信号的眼图，并在探针上直接查看眼图。被探测的波形是一个500Mb/s, 400mVpp 信号。左图说明了使用逻辑分析仪通过0.5"短线观察到的信号完整性。右图说明了在触点上插入一个125Ω阻尼电阻器时，逻辑分析仪观察到的信号完整性。

(通过0.5"短线观察到的眼图) (在短线前面使用125Ω阻尼电阻器)



图5. 在带和不带125Ω阻尼电阻器时，通过0.5"短线探测的信号Eye Scan图

这些眼图明确说明了阻尼电阻器对逻辑分析仪查看的信号的影响。在某个时点上，逻辑分析仪几乎不能使用信号。通过简单插入一个阻尼电阻器，信号质量得到改进，使得短线可以忽略不计。

在包含信号完整性工具(如安捷伦科技的"Eye Scan")的现代逻辑分析仪中，探测技术要更加重要。逻辑分析仪可以从模拟角度查看被探测的信号特点。为利用这种模拟信息，探头本身不得使显示的波形失真。如果可以使探头负荷达到最小，那么可以把产生的眼图视作系统中发生的情况的真实模拟表示。这为调试信号完整性问题提供了一个非常强大的工具。逻辑分析仪信号完整性工具的主要优点是，它能够在许多信道中同时进行模拟测量。通过使用Eye Scan及安捷伦科技最新的一套逻辑分析仪模块(16753A, 54A, 55A和56A)，可以观察最多340个信号。这些新工具可以从全新的角度查看信号完整性及进行系统调试。但是，如上图所示，探测对成功的测量至关重要。