PCB科技 - 高速電路設計中信號完整性問題的快速定位

In high-speed circuit設計, 定位信號完整性問題的傳統方法是使用硬體觸發器隔離事件, 和/或者使用深度採集和存儲技術來捕獲事件, 然後找出問題所在. 隨著高性能電路系統的速度和複雜性不斷增加, 使用示波器定位信號完整性問題的局限性正逐漸變得突出.

隨著一種新的事件定位技術的出現，這種情況將發生巨大變化。 最終，這種功能强大的事件定位系統將有效地幫助設計工程師快速、輕鬆地發現信號完整性問題。

傳統的信號完整性問題定位方法

傳統的硬體觸發/深度採集和存儲方法在定位信號完整性問題方面有兩大優勢。

首先，使用硬體觸發器鎖定相關事件時沒有死區時間。 硬體觸發系統將保持示波器採集系統運行，直到找到目標事件。 一旦目標事件鎖定，硬體觸發電路將觸發以完成示波器的資料獲取工作，同時事件將顯示在荧幕中央。 這種方法確實很方便。

其次，使用深度採集和存儲技術，用戶不需要知道目標系統所面臨的信號完整性問題的類型。 他們只需將示波器設定為最大存儲模式，並將觸發模式設定為邊緣觸發甚至自動觸發，然後讓示波器開始運行。 示波器將捕獲目標系統執行的相對較長的螢幕截圖，然後用戶可以隨時分析這些數據，以確定是否存在問題事件。 這種技術也被稱為“吞咽和打滾”科技。

這些使用示波器驗證設計的方法非常有效，並在電子設計工程師社區根深蒂固。 但與測試/量測行業的新興技術相比，這種方法有許多局限性。

定位信號完整性問題的新方法

定位信號完整性問題的新方法是一種事件識別軟件。 事件識別軟件本質上是一種智慧軟件。 該軟件掃描示波器捕獲的波形，以找出各種信號完整性問題或具有訊號問題的事件。 此方法不具有硬體觸發方法的“無死區”特性。 這是因為在對之前捕獲的數據進行後處理時存在固有的“死區時間”，並且它沒有深度採集和存儲技術提供的“大範圍”。 保存和調查的能力。 但事件識別軟件具有以下獨特的優勢，正吸引著越來越多的示波器用戶。

1、同時監控多個事件：硬體觸發方法只能識別一個問題事件，硬體觸發電路設定為在特定事件發生時觸發，從根本上消除了同時監控多個事件的可能性。 事件識別軟件不受此限制的影響。 軟件可程式設計為同時掃描任意通道或多個通道上的5個事件。 這可以大大减少逐步縮小信號完整性問題的潜在原因範圍和隔離複雜相關事件所需的時間。

2.、找出同一事件多次發生的情况：硬體觸發電路每次捕獲只能識別一次事件的發生。 事實上，在事件被硬體隔離之前或之後，事件將重複出現，但硬體觸發方法無法找到這些重複發生的事件。 事件識別軟件可以做到這一點，它可以找出波形記憶體捕獲的所有事件。 囙此，設計工程師不僅可以發現第一次故障，還可以發現第二次和第3次故障。

3、事件導航：一旦用戶通過深度存儲捕獲了一個長波形，下一步就是極其枯燥且容易出錯的手工工作，即重播這些波形，檢查波形的每一段，並發現潜在的信號完整性問題。 深度收集和存儲技術可以在10000個荧幕上收集資訊。 手動查看所有這些資訊是不切實際的。 將這些示波器數據發送到控制器並編寫自定義軟件來分析這些數據也是不現實和耗時的。 一旦事件識別軟件識別出目標事件的所有事件，它可以使用DVD播放機的直觀播放控制鍵在多個事件之間來回切換。 圖1是使用安捷倫DSO81304B示波器的測試示例。

圖1：巡覽列（荧幕下部）可以自動移動到最多5個不同事件中的任何一個（在四個示波器通道中的任何一個）。 圖中的示波器正在查找標記為Ax和Bx的兩個通道之間的脈衝寬度差异。

4、識別多個事件：一個典型的硬體觸發系統可以隔離大約10種不同類型的事件或觸發模式。 但是開發一種新的硬體觸發模式對示波器製造商來說非常麻煩，需要大量的開發資源和昂貴的IC生產成本。 相比之下，開發事件識別軟件的成本將少得多。 當前事件識別軟件可以隔離任何可以通過波形量測來量測的事件（現代示波器可以執行30多個波形量測），還可以發現問題事件，例如由錯誤的訊號終端導致的非單調邊緣。 幾乎不可能使用硬體觸發電路來觸發小波形現象，例如非單調邊緣。

5、識別事件的速度：硬體觸發電路的速度主要受其電晶體的速度影響，並採用模擬技術。 現時最高端的硬體觸發電路可以實現低至300ps的脈衝寬度（或脈衝干擾）觸發，以及3.25Gbps的串列觸發（串列觸發）。 雖然這些名額都很優秀，但硬體觸發電路的速度仍然趕不上當今頂級系統超過8.5Gbps的速度。 事件識別軟件僅受示波器取樣速率的限制，基本上使用數位科技。 業界領先的示波器取樣速率高達40GSps，通過軟件事件識別系統識別事件的速度比硬體觸發模式快得多。 這項新技術可以觀察到脈衝寬度為70ps的事件，其序列蒐索速度可以達到8.5Gbps（參見圖2所示的另一個高速訊號測試示例）。

圖2：安捷倫InfiniiScan軟件可以識別由單個位脈衝的符號間干擾（ISI）引起的Ax和Bx之間的36ps超快上升時間。

6、區分事件的分辯率：硬體觸發電路的時間分辯率相對較低。 根據不同的觸發事件、波形訊號特徵和導致觸發事件的特定波形活動，分辯率約為數十甚至數百皮秒。 當需要量測一些更精確的名額時，此分辯率不再滿足要求（即可能發生錯誤）。 由於軟件事件識別是純數位信號處理，可以利用DSP科技如1到16採樣點插值算灋有效提高事件分辯率。 事件通過率的檢測可以提高到皮秒級。 圖2顯示了示波器識別36ps上升沿時的波形。

可見可隔離：事件識別軟件最吸引人的方面是其“區域查找”功能。 許多示波器用戶會偶爾在荧幕上看到間歇性訊號閃爍，但按下停止按鈕鎖定這些訊號為時已晚。 通常在這種情況下，用戶會將示波器設定為單次採集模式，然後繼續按下單次觸發鍵（有時需要多次按下），以有效捕獲事件。 在大多數情况下，這樣做的結果只會讓你的手指酸痛。 區域檢測器允許用戶在荧幕上繪製區域。 用戶可以觀察到該區域內的間歇性訊號閃爍。 下次該訊號的波形在該區域閃爍時，示波器將自動停止並清晰顯示波形。 圖3顯示了一個包含兩個區域的示例。 此功能通常非常有用。

圖3:interval finder功能可以隔離尚未進入的第一個區域（左上角的方形區域），同時需要第二個區域（下中心位置的方形區域）的波形。 圖中的示波器可以快速將一個“1”比特與前面的3個“0”比特隔離開來。

8、與硬體觸發同步：通過可程式設計延遲機制，事件識別軟件可與硬體觸發機制配合使用。 換句話說，此方法可以捕獲定義的硬體事件延遲指定時間段時發生的軟件定義的事件。 這種軟硬體組合系統可以生成觸發序列器，也可以使用硬體限制軟件要檢查的波形，從而提高效率。

事件識別軟件是對傳統硬體觸發或深度採集和存儲方法的有效補充，用於識別信號完整性問題。 當示波器沒有“死區時間”問題時，也就是說，當事件頻率大於每秒一次（對於高速電路來說，一秒鐘是很長的時間），事件識別軟件的新技術將成為定位電子設計中信號完整性問題最有效和靈活的工具之一。