高速串行总线——一致性测试方案

●连接性

●测试码型产生

●接收端测试

●信号采集

●信号分析

连接性

测量路径中，包括DUT到示波器通道的信号路径，同样也存在着传输线效应，可以导致信号的损伤以致测试失败。用正确的探头进行正确的连接是非常重要的。高速串行总线标准的机械结构部分，有时称为物理媒介相关(PMD)规范，决定了如何连接DUT。对于不同的标准，有着不同的连接方式，每一种都有独特的特性。

有下列五种方式满足各种信号探测的需求：

●最新的三模(TriMode)差分探头能够通过一次连接，实现差分、单端和共模信号的测试。

●用单端探头进行“伪差分”探测，可以完成差分、单端和共模信号的测试

●SMA“伪差分”探测适用于测试夹具和示波器的连接

●用差分探头直接测量差分信号

●SMA“真差分”探头连接示波器和测试夹具

要注意到探头将会对DUT施加一定的负载。不同的探头都有不同的电路模型，输入阻抗会随着频率的升高而变化，会影响被测电路的行为和测量的结果。

TriMode 差分探头

TriMode差分探头不同于传统的差分探头，可以用一个探头，仅需要和被测电路连接一次，实现单端、差分和共模信号的测量。

以往对共模信号的测试，需要两个单端探头分别探测差分信号正端和负端，然后在通过两个通道做加法运算得到共模信号(如图1所示)。新型的TriMode探头能够仅有一个探头完成共模信号的测试。

图1a/2b：Tri-Mode(右)简化了传统探测方式(左)

用单端探头进行“伪”差分测量

通常使用探头在电路板上进行电路故障定位，需要探头能够灵活方便的在不同的走线上、引脚上探测电压信号。两个有源单端探头可以分别探测差分信号的两端来进行伪差分的测量和共模信号的测量。如图2所示。两个探头分别连接在示波器的两个通道上，通过示波器上的数学运算得到差分或者共模信号。因为要使用到示波器的两个通道，因此在测量前，通道之间的时间偏差(Skew)校准是非常重要的。

图2：在接收端芯片处进行伪差分探测

用SMA电缆方式进行“伪”差分测量

许多的一致性测试夹具和原型电路都是通过高频的SMA连接器输出待测信号。在这种环境下，用SMA同轴电缆连接信号进行伪差分测试是可行的。信号的发送端直接将信号输出到示波器，示波器每个采集通道内部采用50欧姆负载端接。可以通过SMA接口适配器直接将信号连接在示波器通道上。

正如前面所描述，伪差分测试需要使用到示波器两个通道，通道间的时间偏置校准非常重要。图3说明了使用SMA进行伪差分测试的情况。

图3：使用SMA电缆连接夹具和示波器

使用差分探头进行信号探测

真正的差分探头具有低的损耗、良好的信号保真度。图4描述了在接收端芯片处使用差分探头测试的例子。

图4：在接收端使用差分探头探测信号图

真正的差分测试不像伪差分测试，仅需要一个示波器通道，无需对波形使用数学运算。这样可以更好的利用示波器多通道、高采样率的优势，同时测试更多的差分信号。有利于高速串行信号多通道测试。

使用SMA真差分探头

对于一致性测试点定义在连接器或是夹具端面的串行标准而言，探头输入端是SMA接口的差分探头是最理想的信号探测方法。探头的两个SMA输入端提供了100欧姆的差分端接，并且提供用户可调节的端接电压，端接电压可以根据不同的信号类型而选择。如果信号发送端驱动100欧姆的负载，共模的连接器可以开路。图5描述了在连接器端或夹具端使用真差分SMA 探头的情况。

图5：使用SMA差分探头连接在夹具上进行信号探测

测试夹具

测试夹具对信号的影响会随着信号速率上升而变大。因此对高速串行系统进行一致性测试必须使用经过认证的合格的夹具。可能对于3Gbps的SATA信号而言，很多夹具的影响可以忽略不计，然而对于速率更快的PCIE和HDMI，夹具的影响非常的大，必须要重新设计现有的夹具系统。

对于某些应用，低成本的FR4板材已经不在适用于第二代和第三代串行总线的设计了，因为FR4在高频情况下表现出更多的损耗、反射和延时，进而不得不采用更昂贵更好的介质材料。

测试码型产生

每一种串行标准都指定了作用在DUT一致性测试中的“黄金”测试码型。这些指定的码型是全面测试DUT以达到预期效果的关键。

例如PCI Express，信号发送端和接收端产生自己的测试码型。而其他的一些标准采用了更复杂的对信号处理的方式。

如果需要外部产生测试码型信号，那么测试仪器必须按照规范定义，产生频率、幅