如何用示波器進(jìn)行高速串行總線信號(hào)的采集

圖2描述了帶寬對(duì)眼圖分析的重要性。用帶寬20GHz和13GHz的兩臺(tái)示波器測量同一個(gè)6.25Gbps的信號(hào)，眼圖測試差異明顯，會(huì)得到測試結(jié)果迥異的報(bào)告。

圖2：示波器帶寬對(duì)眼圖分析的影響

帶寬和上升時(shí)間

通常，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)帶寬的要求更多的是以信號(hào)的上升時(shí)間考慮的。表2列舉出了滿足對(duì)不同上升時(shí)的信號(hào)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(hào)上升時(shí)間的測量。下面的公式說明了示波器、探頭上升時(shí)間和信號(hào)真實(shí)上升時(shí)間以及測量結(jié)果之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。必須從測試結(jié)果中除去探頭和示波器對(duì)信號(hào)上升時(shí)間測試的影響。

例如測試系統(tǒng)20%-80% 的上升時(shí)間指標(biāo)是65ps，被測信號(hào)的上升時(shí)間是7 5 p s ，那么測量結(jié)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(hào)的上升時(shí)間，應(yīng)該選用上升時(shí)間更快的示波器和探頭系統(tǒng)。

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構(gòu)架，非常容易產(chǎn)生通道之間的串?dāng)_以及時(shí)間偏差。示波器提供了同時(shí)對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集的能力，降低了測試的復(fù)雜程度，提高驗(yàn)證和調(diào)試的效率。

在多條通道上時(shí)間相關(guān)捕獲信號(hào)，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(hào)，不僅能夠完整的捕獲故障，而且還能發(fā)現(xiàn)故障對(duì)整個(gè)鏈路的影響。

采樣率和記錄長度

除了示波器要求有足夠的帶寬來采集信號(hào)，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(biāo)準(zhǔn)都指定了最小數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)量。當(dāng)然，記錄越長的波形就能夠分析越長時(shí)間間隔才出現(xiàn)的信號(hào)異常。高性能的示波器具有高帶寬、更快的采樣率以及更長的記錄內(nèi)存，都會(huì)為高速串行系統(tǒng)分析帶來好處。

奈奎斯特采樣定律指出，要進(jìn)行無混疊的采樣，采樣率必須是模擬信號(hào)最高頻率分量的兩倍。隨著信號(hào)速率超過20Gbps，采樣率超過40GS/s 的設(shè)備才能滿足測試需求。

具有大存儲(chǔ)深度的高級(jí)示波器，配合抖動(dòng)分析軟件能夠揭示信號(hào)中更多的細(xì)節(jié)，為設(shè)計(jì)提供可靠的保證。例如對(duì)于PCIe1.0 標(biāo)準(zhǔn)，要求最少采集250個(gè)UI 進(jìn)行一致性測試。高級(jí)的示波器捕獲存儲(chǔ)1M 個(gè)連續(xù)的UI，可以任意分析其中連續(xù)的250 個(gè)UI，提供了更好的對(duì)信號(hào)質(zhì)量的評(píng)估。

對(duì)于多通道串行信號(hào)采集，示波器必須對(duì)每個(gè)通道進(jìn)行高采樣率、長時(shí)間存儲(chǔ)，才能確保最多的信號(hào)細(xì)節(jié)被采集下來。