原创全球第四代示波器述评之十四-高速串行设计的强大工具－Eye Doctor（2）

 2009-3-22 08:56  1228 4 4 分类: 消费电子

就可以快速验证某高速SERDES芯片驱动不同长度传输线时接收端的性能，在高速背板的预研与设计中非常有用。

图四：某

3.125Gbps

信号的接收端眼图测试结果对比

怎样得到信道的S参数文件？

在信道仿真中，信道的S参数模型的精确性决定了RX端计算结果的精确性，所以获得足够精确的信道的S参数模型非常重要。在信号完整性（简称SI）领域，通常有两种方法获取信道的S参数模型。

1. 使用VNA或者TDR直接测量信道的S参数；

2. 使用HFSS、SIwave、Sigrity等EDA建模软件提取信道的S参数；

前者基于实际信道的测量，精度高，不过信道上的端口必需留有SMA射频头，VNA或TDR通过SMA接头的同轴电缆连接到待测试信道；后者通常基于连接器的三维结构、PCB的压板结构（stackup）、介质特性、传输线的几何特性，使用计算电磁学的一些算法提取出信道的S参数模型。

图五：夹具去嵌前后眼图对比

力科的信道仿真可以调入扩展名为*.sNp（N为端口数）的S参数文件，通常*.sNp文件称为touchstone文件，测试仪器和EDA软件都可以输出这个格式的S参数文件。关于S参数的相关理论，可参考一些射频理论书籍。

什么是夹具去嵌？

在测量当前流行的很多串行信号（比如PCIe、SATA、SAS、FBDIMM）时，通常需要专门的测试夹具，夹具上把PCB的传输线转换为SMA射频连接头，待测试信号连接到夹具上，夹具通过同轴电缆连接到示波器，如下图五所示，示波器作为接收端进行测量。由于夹具上的连接器、金手指、过孔、微带线、带状线等会使信号发生衰减、色散或者反射，导致示波器测量到的信号有所恶化。使用夹具去嵌功能，只需输入夹具的S参数模型文件，即可计算出没有夹具时测量到的信号的波形与眼图。如图五所示，上半部分是信号去嵌前测量到的眼图，下半部分是信号去嵌后测量到的眼图，相比前者，后者的上升下降沿更陡峭，眼轮廓清晰，眼张得更开。从这个比较图中可以看到力科的去嵌技术可以消除夹具的负面作用。

信道仿真的常见问题

问题1：力科的信道仿真与EDA软件仿真有什么区别？

和力科的眼图医生一样，EDA软件同样可以做信道仿真、均衡器仿真。两种最主要的区别在于：

1. 力科的信道仿真和均衡器仿真速度非常快，在几秒钟内就可以计算出几百微秒长的波形，几乎可以做到实时测量，实时计算出结果；而EDA软件的计算速度较慢，计算几百纳秒长的波形通常需要几十分钟。两种方法的速度有天壤之别。

2. 力科的信道仿真基于实测，电路板上很多随机因素都考虑进去了，而EDA软件仿真通常基于理想的工作状况，忽略了一些随机因素。

问题2：信道仿真的精度？

信道仿真的精度取决于信道的S参数模型是否足够精确。在下图为某IC厂商验证其SAS2芯片驱动背板的测试结果。其中一个波形是用力科示波器在TX端测试，用信道仿真计算出的RX端的波形，另一个波形是示波器直接在RX端测量到的波形，可见两者非常接近。信道的S参数由某20G带宽VNA测量得到。

图六：某SAS信号在RX实测与TX测试后用信道仿真计算RX端信号波形的对比

什么是预加重/去加重（Pre-emphasis/De-emphasis）？

在图三中我们看到，对于2.5Gbps信号，通过10、20、30、40英寸线长的背板后，接收端的眼图随着长度增加会逐渐闭合。原因在于信道是一个低通滤波器，随着传输线长度的增加，损耗和色散会越来越大，另外，随着频率的增加，损耗与色散效应也越来越明显。而当前的数字电路速度不断提高，通常，在速率高于1GHz的数字电路中，为了把信号能传输更远的距离，通常在发送端使用预加重或去加重的均衡技术。