使用Eye Doctor II工具分析解決測(cè)試著色難題
在信號(hào)完整性測(cè)試中，由于探測(cè)點(diǎn)受限引入的傳輸線(xiàn)延遲，及芯片的寄生參數(shù)，會(huì)導(dǎo)致測(cè)試波形在邊沿上有臺(tái)階或回溝。這種因測(cè)試引入的這種差異叫做測(cè)試著色，測(cè)試著色引入的信號(hào)質(zhì)量問(wèn)題一般不用解決，但如何分辨測(cè)試著色是一個(gè)難題。
LeCroy公司高級(jí)信號(hào)完整性分析軟件包Eye Doctor II提供的VP@RCVR（接收端虛擬探測(cè)）功能可以非常方便地利用大家所熟悉的端接模型對(duì)這種測(cè)試難題進(jìn)行分析，能夠簡(jiǎn)單快速的分辨測(cè)試著色問(wèn)題，提高硬件調(diào)試效率。
測(cè)試著色案例
如下波形可以看到該時(shí)鐘信號(hào)邊沿出現(xiàn)回溝，這種現(xiàn)象隨著信號(hào)速率變高而越來(lái)越普遍，如何分析這種現(xiàn)象？我們可以通過(guò)仿真驅(qū)動(dòng)芯片模型和電路拓?fù)?，檢查PCB中參考平面的完整性、信號(hào)走線(xiàn)的間距來(lái)排除設(shè)計(jì)問(wèn)題。如何進(jìn)一步驗(yàn)證分析是否是測(cè)試著色引入的？是否真正滿(mǎn)足芯片的指標(biāo)要求？
下面以該問(wèn)題作為案例介紹分析過(guò)程。
反射的基本原理分析
單端的時(shí)鐘信號(hào)以及邊緣敏感信號(hào)，常用源端串阻來(lái)吸收反射。這種拓?fù)湓O(shè)計(jì)理想狀況下，源端反射系數(shù)為0，負(fù)載端的反射系數(shù)為1。
驅(qū)動(dòng)信號(hào)的快慢t_rise對(duì)V_pkg和V_die的影響：
根據(jù)傳輸線(xiàn)的反射原理，當(dāng)信號(hào)上升時(shí)間大于兩倍傳輸線(xiàn)延遲時(shí)，則在信號(hào)躍遷完成之前，信號(hào)探測(cè)點(diǎn)處會(huì)先完成發(fā)射疊加。因此當(dāng)上升時(shí)間小于兩倍的傳輸線(xiàn)時(shí)延（TD）時(shí)，上升時(shí)間將對(duì)波形產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。
C_die的大小對(duì)V_pkg和V_die的影響：
而在實(shí)際系統(tǒng)中，幾乎沒(méi)有負(fù)載為純電阻的情況，比如：CMOS門(mén)電路的輸入大多是呈容性的，而封裝的焊接線(xiàn)和框架則是感性的。當(dāng)傳輸線(xiàn)端接為容性負(fù)載時(shí)，驅(qū)動(dòng)器和負(fù)載處的波形將與典型的傳輸線(xiàn)相應(yīng)波形完全不同。本質(zhì)上，電容是一種與時(shí)間有關(guān)的負(fù)載，當(dāng)信號(hào)剛到達(dá)電容時(shí)，電容可看作短路負(fù)載，對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)為-1；電容充滿(mǎn)電后，可看作開(kāi)路負(fù)載，對(duì)應(yīng)的反射系數(shù)為1。
L_pkg的大小對(duì)V_pkg和V_die的影響：
當(dāng)傳輸線(xiàn)上的電氣通路中出現(xiàn)串聯(lián)電感時(shí)，該電感同樣是與時(shí)間有關(guān)的負(fù)載。當(dāng)電路中剛加上一個(gè)階躍電壓時(shí)，電感幾乎沒(méi)有電流流過(guò)，這會(huì)反射系數(shù)為1。電感的大小決定反射系數(shù)1能保持多長(zhǎng)時(shí)間，如果電感足夠大，信號(hào)幅度將會(huì)倍增。此后電感釋放能量，其放電速度取決于LR電路的時(shí)間常數(shù)t=L/Z0(Z0為傳輸線(xiàn)阻抗)。
實(shí)踐情況
對(duì)反射進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓ぞ?/p>
在實(shí)際測(cè)試中遇到此類(lèi)問(wèn)題，需要對(duì)反射進(jìn)行補(bǔ)償，我們可以使用去嵌/仿真工具，但是這些工具通常都需要DUT的S參數(shù)。LeCroy公司高級(jí)信號(hào)完整性分析軟件包Eye Doctor II提供的VP@RCVR（接收端虛擬探測(cè)）功能可以非常方便地利用大家所熟悉的端接模型對(duì)這種反射進(jìn)行補(bǔ)償。
該軟件有兩個(gè)模式：“simulation”和“termination”。在“termination”模式下仿真端接點(diǎn)的信號(hào)波形以補(bǔ)償基于不理想的接收端接電路帶來(lái)的反射。“simulation”模式可用于驗(yàn)證“termination”模式的仿真效果。
基于LeCroy示波器的信號(hào)仿真工具JitterSim
為了配置端接模型并進(jìn)行仿真驗(yàn)證，LeCroy的高級(jí)串行分析軟件包SDA II提供的JitterSim工具可以非常方便地仿真發(fā)射機(jī)信號(hào)。在本例中，JitterSim產(chǎn)生一個(gè)41.2MHz的時(shí)鐘信號(hào)，上升時(shí)間為500pS，由圖7中F1(Z1)所示：
驗(yàn)證端接模型：
為了驗(yàn)證補(bǔ)償?shù)亩私幽Ｐ?，我們可以使用VP@rcvr的“Simulation”模式和JitterSim產(chǎn)生的理想的發(fā)射端信號(hào)。在這個(gè)應(yīng)用中，F(xiàn)2被設(shè)置為VP@rcvr中圖7所示的“Simulated”模式。
信號(hào)為源端端接匹配電路，其負(fù)載電阻為5 Mohm的系統(tǒng)（負(fù)載電阻的阻值可以從芯片的IBIS模型中獲?。?，Td設(shè)置為300ps, F2波形是基于端接模型的探測(cè)點(diǎn)的仿真結(jié)果波形。如果 F2 和實(shí)際測(cè)量到的信號(hào)形狀非常一致，表示端接模型適合于補(bǔ)償實(shí)際的端接。在本例中，利用電容 C=5pF、電感L=1nH，F(xiàn)2 和圖 8 中的 M1（Z3）波形非常一致（M1為實(shí)際測(cè)量的信號(hào)波形）。
補(bǔ)償反射
現(xiàn)在，端接模型可以用于VP@rcvr中的“Termination”模式的反射補(bǔ)償了。將 F2 的源由F1改為 M1。將VP@rcvr的“Simulation”模式改為“Termination”。
此時(shí)，F(xiàn)2 表示的就是虛擬探測(cè)的端接點(diǎn)的信號(hào)，即在芯片die上的波形，見(jiàn)圖9右下角波形。從波形上看回勾已消失，信號(hào)幅度、頻率、占空比和邊沿上升下降時(shí)間均滿(mǎn)足芯片的指標(biāo)要求，我們可以認(rèn)為圖1所示波形的回溝是由于測(cè)試著色引入的，經(jīng)虛擬探測(cè)得到的芯片die上波形滿(mǎn)足芯片指標(biāo)要求，因此不需要修改設(shè)計(jì)。
結(jié)論
VPrcvr, Virtual Probe Receiver 是LeCroy高級(jí)信號(hào)完整性分析軟件包 Eye Doctor II中的一種數(shù)學(xué)運(yùn)算功能，能夠補(bǔ)償因?yàn)樘綔y(cè)點(diǎn)不合理及芯片寄生參數(shù)造成的反射問(wèn)題。在分析解決測(cè)試著色問(wèn)題時(shí)可以發(fā)揮很大作用。
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