原创史上最强的第四代示波器WavePro 7Zi述评之七-cable de-embedding

 2008-12-28 13:46  1329 5 5 分类: 消费电子

史上最强的第四代示波器WavePro 7Zi述评之七

——独特的电缆去嵌（Cable De-embedding）功能

张昌骏 美国力科公司深圳代表处

在当前的计算机、通讯产品的电路板上，信号速率在不断加快，从MHz跨越到GHz，对于这类高速信号的测试，经常会使用SMA接口的同轴电缆连接待测试信号和高带宽示波器，测量信号的眼图、抖动、上升、下降时间、信号幅度等指标。如下图一所示为某PCIE信号的测试连接。在图一中PCIE显卡发送PCIE信号到测试夹具，用SMA电缆连接示波器和测试夹具。

图一：某

PCIE显卡的信号测试示意图

通常SMA接口的同轴电缆最高带宽可以达到30GHz，理想情况下，对于频带范围内的信号是没有损耗的，实际情况中，由于导体的趋肤效应和介质的损耗，或多或少会对信号产生影响（特别是信号的高频部分），降低信号的幅度、增大信号的上升时间。此外，不同电缆的带宽以及损耗参数是不一样的，电缆使用一段时间后由于SMA连接器的磨损，同样会影响电缆的损耗特性。左图为100英尺长的RG316电缆和SCA52141电缆随频率变化的损耗曲线。可以看到SCA52141电缆（紫色曲线）的损耗是小于RG316电缆的。

图2

当示波器用同轴电缆来测量高速信号时，如果要保证测量的精确性和一致性，必须去除

图3

电缆的效应。在力科最新的SDA7Zi系列示波器中标配了电缆去嵌（cable de-embedding）功能，在每个通道中可以选择是否激活此功能（上图所示为cable de-embedding的操作界面）。目前可以使用两种方法来输入电缆的特性。一种是电缆的衰减常数，包括了电缆长度、传输速度、插入损耗的多项式系数；另一种是直接输入多个频率点的插入损耗（即S参数的S21）。电缆的特性参数可以从电缆厂商处获得，或者使用TDR或矢量网络分析仪测量。

在下面的测试中，信号源为某PCIE2.0的显卡和PCI-SIG的Compliance Base Board（图一所示的两块电路板），设置CBB工作在2.5Gbps模式。分别使用了36英寸长的SCA52141电缆两根，RG316电缆两根。测试仪器为LeCroy SDA760Zi。

首先我们使用SCA52141电缆测量了2.5Gbps信号的眼图，浅绿色为电缆去嵌前的信号眼图，黄色为电缆去嵌之后的眼图。左半部分是跳变位（transition bit）的眼图，右半部分为非跳变位（non-transition bit）的眼图。跳变位眼图中有大量的高频码型，所以可以看到在电缆去嵌的前后差别较大，而非跳变位眼图几乎没有差别。

接下来我们使用了RG316电缆。可见，去嵌前眼图（浅绿色）和去嵌后眼图（黄色）的差别比较大，高于上一幅图中SCA52141电缆的结果。

右图为分别使用SCA52141和RG316两种电缆，对电缆去嵌后的眼图的比较结果，可见，即使使用了两种不同的电缆，在电缆去嵌后，结果也非常一致。

下面的表格为信号的幅度和上升时间的测试结果，对比了两者电缆去嵌前后的测量结果。从表格中可以看到，如果不做去嵌，上升时间相差150.75-144.32= 6?3ps，去嵌后，上升时间相差137.93-137.81=0.12ps，可见不同电缆对于信号上升时间的影响；另外，去嵌前后的信号幅度变化在20mV以上，说明电缆对信号幅度的影响较大。

图4

综上所述，cable de-embedding能补偿电缆在全频段的损耗，使示波器的测量结果具有精确性和重复性，对于高速串行信号的测试非常重要和必要。目前，PCIE、FBDIMM、SAS、SATA等高速信号的测试通常都需要用到同轴电缆，使用带有cable de-embedding技术的示波器来测量，结果更精确和有效。