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測量設備的特性可能會(huì )導致正常工作的DUT 不滿(mǎn)足一致性的要求。這個(gè)采集系統，包括探頭、電纜、示波器，必須滿(mǎn)足必須能讓足夠的信號能量被采集。下面列出好的采集系統關(guān)鍵因素： ●帶寬 ●足夠的輸入通道 ●采樣率 ●樣點(diǎn)記錄長(cháng)度 帶寬的要求 很多第一代的串行總線(xiàn)構架的速率在1.5Gbps 到3.125Gbps，最快的時(shí)鐘頻率是1.56GHz�？梢允褂脦�4～5GHz 的示波器進(jìn)行測量。但是信號保真度測試和精確的眼圖分析要求示波器有更高的帶寬。很多的標準已經(jīng)意識到這一點(diǎn)的重要性。 許多規范要求示波器在信號發(fā)送端芯片引腳處精確的捕獲信號基頻的5 次諧波。對于第一代PCI Express，意味著(zhù)帶寬需要6.25GHz的示波器，采樣率至少是帶寬的2 倍。同樣，對于3.125Gbps 的XAUI 信號，要求示波器帶寬7.8GHz。許多的標準組織，特別是PCI-SIG，直接要求測試儀器的帶寬要滿(mǎn)足信號5 次諧波的原則。 隨著(zhù)第二代串行總線(xiàn)發(fā)展，示波器帶寬需求也不斷增大。表1中列舉出來(lái)當前和未來(lái)的串行總線(xiàn)一致性測試對示波器帶寬的需求。 表1：示波器帶寬要求 
捕獲5 次諧波至關(guān)重要 示波器帶寬是影響眼圖測試的關(guān)鍵。對一個(gè)方波的傅立葉展開(kāi)可以發(fā)現信號是由基波和各階諧波組成。如圖1 所示。信號的幅度特性的變化說(shuō)明了不同的諧波對信號電平的貢獻。
圖1：各階諧波對合成方波的貢獻 帶寬不夠的示波器在采集信號的時(shí)候會(huì )造成信號5次諧波幅度的衰減。而5次諧波對眼高的測試時(shí)有增大的貢獻的，因為數據判決就是在UI 的50% 位置進(jìn)行的。 圖2描述了帶寬對眼圖分析的重要性。用帶寬20GHz和13GHz的兩臺示波器測量同一個(gè)6.25Gbps的信號，眼圖測試差異明顯，會(huì )得到測試結果迥異的報告。
圖2：示波器帶寬對眼圖分析的影響 帶寬和上升時(shí)間 通常，標準對帶寬的要求更多的是以信號的上升時(shí)間考慮的。表2列舉出了滿(mǎn)足對不同上升時(shí)的信號進(jìn)行高精度測試所需要的示波器帶寬需求。 表2：帶寬和上升時(shí)間測量精度
示波器和探頭的上升時(shí)間會(huì )影響到信號上升時(shí)間的測量。下面的公式說(shuō)明了示波器、探頭上升時(shí)間和信號真實(shí)上升時(shí)間以及測量結果之間的數學(xué)關(guān)系。必須從測試結果中除去探頭和示波器對信號上升時(shí)間測試的影響。
例如測試系統20%-80% 的上升時(shí)間指標是65ps，被測信號的上升時(shí)間是7 5 p s ，那么測量結果顯示為99ps。這是不能忽略的測試誤差。因此，為了更精確的測試信號的上升時(shí)間，應該選用上升時(shí)間更快的示波器和探頭系統。 多通道采集 例如HDMI這種高速率、低成本介質(zhì)和多通道的串行總線(xiàn)構架，非常容易產(chǎn)生通道之間的串擾以及時(shí)間偏差。示波器提供了同時(shí)對信號的實(shí)時(shí)采集的能力，降低了測試的復雜程度，提高驗證和調試的效率。 在多條通道上時(shí)間相關(guān)捕獲信號，能夠更容易的理解故障產(chǎn)生的原因。例如HDMI，同時(shí)記錄所有的串行信號，不僅能夠完整的捕獲故障，而且還能發(fā)現故障對整個(gè)鏈路的影響。 采樣率和記錄長(cháng)度 除了示波器要求有足夠的帶寬來(lái)采集信號，示波器還必須能夠以足夠高的采樣率記錄足夠多的波形信息以供分析。每一個(gè)標準都指定了最小數據存儲數量。當然，記錄越長(cháng)的波形就能夠分析越長(cháng)時(shí)間間隔才出現的信號異常。高性能的示波器具有高帶寬、更快的采樣率以及更長(cháng)的記錄內存，都會(huì )為高速串行系統分析帶來(lái)好處。 奈奎斯特采樣定律指出，要進(jìn)行無(wú)混疊的采樣，采樣率必須是模擬信號最高頻率分量的兩倍。隨著(zhù)信號速率超過(guò)20Gbps，采樣率超過(guò)40GS/s 的設備才能滿(mǎn)足測試需求。 具有大存儲深度的高級示波器，配合抖動(dòng)分析軟件能夠揭示信號中更多的細節，為設計提供可靠的保證。例如對于PCIe1.0 標準，要求最少采集250個(gè)UI 進(jìn)行一致性測試。高級的示波器捕獲存儲1M 個(gè)連續的UI，可以任意分析其中連續的250 個(gè)UI，提供了更好的對信號質(zhì)量的評估。 對于多通道串行信號采集，示波器必須對每個(gè)通道進(jìn)行高采樣率、長(cháng)時(shí)間存儲，才能確保最多的信號細節被采集下來(lái)。 |
