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高速电路设计中信号完整性问题的快速定位

编辑:PCB    来源:未知    发布时间:2019-03-20 21:30    浏览量:
在高速电路设计中,定位信号完整性问题的传统方法是使用硬件触发器隔离事件,和/或在寻找问题之前使用深度采集存储技术捕获事件。
 
随着高性能电路系统的速度和复杂性的增加,示波器定位信号完整性问题的局限性也逐渐凸显出来。随着新事件定位技术的出现,这种情况将得到极大改善。
 
最终,这个强大的事件定位系统将有效地帮助设计工程师快速,轻松地识别信号完整性问题。
 
信号完整性问题的传统定位方法
 
传统的硬件触发/深度采集存储方法在定位信号完整性问题方面具有两个优点。首先,当硬件触发器用于锁定相关事件时,没有死区时间。硬件触发系统使示波器采集系统连续运行,直到找到目标事件。锁定目标事件后,硬件触发电路将触发,完成示波器的数据采集,并在屏幕中央显示事件。
 
这种方法真的很方便。其次,使用深度采集存储技术,用户无需知道目标系统所面临的信号完整性问题的类型,只需将示波器设置为最大存储模式,并将触发模式设置为边沿触发,甚至自动触发,然后让示波器开始运行。示波器将捕获目标系统实行的相对较长的屏幕截图,然后用户可以随时分析数据以确定是否存在有问题的事件。
 
这种技术也被称为“广泛的燕子和溺水”技术。这些使用示波器验证设计的方法非常有效,并已在电子设计工程师社区中扎根。
 
但与测试/测量行业的新兴技术相比,这种方法存在许多局限性。
 
用于定位信号完整性问题的新方法用于定位信号完整性问题的新方法是事件识别App。事件识别App本质上是一种智能App,可扫描示波器捕获的波形,以识别各种信号完整性问题或有信号问题的事件。此方法没有硬件触发方法的“无死区时间”功能,因为在处理先前捕获的数据时已存在“死区时间”,并且它没有深度的“广泛检查”功能采集存储技术可以提供。
 
但是,事件识别App具有如下独特的优势,吸引了越来越多的示波器用户。 1.同时监视多个事件:硬件触发方法仅识别有问题的事件,并且硬件触发电路设置为在特定事件发生时触发,从根本上消除了同时监视多个事件的可能性。事件识别App不受此限制的影响,并且可以将App编程为同时在任一通道或多个通道上扫描5个事件。
 
这大大减少了逐步减少信号完整性问题的潜在原因范围并隔离复杂相关事件所需的时间。 2.了解同一事件如何多次发生:硬件触发电路仅识别每??次捕获一次事件的发生。事实上,事件在事件被硬件隔离之前或之后重复多次,但硬件触发方法无法检测到这些重复事件。这可以通过事件识别App来完成,该App可以找出波形存储器捕获的所有事件。
 
因此,设计工程师不仅可以找到第一个故障,还可以找到第二个和第三个故障等。 3.事件导航:一旦用户通过深度存储捕获长波形,下一步就是非常无聊且容易出错的手动工作,即重放这些波形,检查波形的每个部分,并识别潜在的信号完整性问题。深度采集存储技术可以从10,000个屏幕捕获信息。手动查看所有这些信息是不切实际的。将这些示波器数据上传到单个控制器并编写定制App来分析数据也是不现实和耗时的。一旦事件识别App识别出目标事件的所有出现,它就可以在多次出现事件之间来回切换,使用与DVD播放器相同的直观回放控制键。
 
图1是使用Agilent DSO81304B示波器的测试示例。图1:导航栏(the屏幕的下半部分可以自动移动到最多5个不同事件的任何事件(在四个示波器通道的任何通道中)。
 
图中的示波器正在寻找标记为Ax和Bx的两个通道中的脉冲宽度差。图1:导航栏(屏幕下方)可以自动移动到最多5个不同事件的任何事件(在四个示波器通道的任何通道中)。
 
图中的示波器正在寻找标记为Ax和Bx的两个通道中的脉冲宽度差。 4.识别多个事件:典型的硬件触发系统可以隔离大约10种不同类型的事件或触发模式。然而,对于示波器制造商来说,新硬件触发模式的开发非常麻烦,需要大量的开发资源和昂贵的IC生产成本。开发事件识别App的成本要低得多。当前事件识别App可以隔离任何可以通过波形测量来测量的事件(现代示波器可以实行超过30次波形测量),还可以检测有问题的事件,例如由不正确的信号端子引起的非单调边缘。
 
使用硬件触发电路几乎不可能触发小波现象,例如非单调边缘。5.识别事件的速度:硬件触发电路的速度主要受其晶体管速度的影响,并采用模拟技术。最高端硬件触发电路现在可以实现低至300ps的脉冲宽度(或脉冲干扰)触发,以及3.25Gbps序列触发(串行触发)。尽管这些指标非常出色,但硬件触发电路的速度仍然无法跟上当今顶级系统超过8.5Gbps的速度。事件识别App仅受示波器采样率的限制,并且基本上使用数字技术。业界领先的示波器采样率高达40GSps,App事件识别系统比硬件触发模式更快地识别事件。
 
新技术可以观察脉冲宽度为70ps的事件,其序列查找速度可高达8.5Gbps(参见图2中的高速信号测试的另一个示例)。
 
图2:Agilent InfiniiScanApp可识别由单比特脉冲的符号干扰(ISI)引起的Ax和Bx之间的36ps超快上升时间。
 
图2:Agilent InfiniiScanApp可识别由单比特脉冲的符号干扰(ISI)引起的Ax和Bx之间的36ps超快上升时间。 6.确定事件的分辨率:硬件触发电路的时间分辨率相对较低,分辨率大约为几十甚至几百秒,具体取决于触发事件,波形信号特征和导致要触发的事件。当需要测量一些更准确的指标时,该分辨率不再能满足要求(即可能导致错误的失败)。由于App事件识别的纯数字信号处理,可采用1至16采样点插值算法等DSP技术有效提高事件的分辨率。事件通过率的检查可以提高到皮秒级别。
 
图2显示了示波器的波形,可识别36ps的上升沿。 7.可见是可见的:关于事件识别App最吸引人的是它的区域检测器(区域查找器)功能。许多示波器用户会在屏幕上看到偶尔出现间歇性信号闪烁,但按下停止按钮锁定它们为时已晚。通常,在这种情况下,用户将示波器设置为单个采集模式,然后不断按下单个触发键(有时多次)以有效捕获事件。在大多数情况下,这样做的结果只会让你的手指疼痛。区域检测器允许用户在屏幕上绘制一个区域,用户可以观察到间歇信号闪烁,当信号波形下次闪过该区域时,示波器自动停止并清晰地显示波形。图3显示了包含两个区域的示例。
 
此功能通常非常有用。图3:间隔取景器功能隔离了未进入第一个区域的波形(左上角的方形区域),但也需要第二个区域(中心位置下方的方形区域)。
 
图中的示波器可以快速隔离单个“1”位,前面有三个“0”位。图3:间隔取景器功能隔离了未进入第一个区域的波形(左上角的方形区域),但也需要第二个区域(中心位置下方的方形区域)。
 
图中的示波器可以快速隔离单个“1”位,前面有三个“0”位。 8.与硬件触发同步:通过可编程延迟机制,事件识别App可与硬件触发机制结合使用。也就是说,此方法捕获在定义的硬件事件之后指定时间延迟时发生的App定义事件。
 
该硬件和App组合系统可以生成触发分类器(触发序列器),或者它可以使用硬件来限制App想要检查的波形,从而提高效率。事件识别App是传统硬件触发或深度采集存储方法的有效补充,用于识别信号完整性问题。当示波器没有“死区时间”问题时,也就是说,事件的发生频率高于每秒一次(一秒钟是高速电路的相当长的一段时间),事件识别App的新技术将会成为定位电子设计中信号完整性问题的最有效和灵活的工具之一。

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