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高速串行數據測試需求不斷增長,將數字示波器推向20GHz速率

文字:[大][中][小] 2016-1-12    瀏覽次數:3579    

  計算技術的不斷普及和內容需求的迅猛增長都需要更快的數字通路,目前,PCI-Express、XAUI、RapidIO、HDMI和SATA等串行數據總線架構已經廣泛應用于數字環境中,而且更快速的PCI-Express 2.0、HDMI 1.3、SATA III等第二代和第三代總線結構也已經開始出現或正在研發過程中。

  高速數字通道把強大的計算能力與更多新興數字內容連接起來,來自消費電子、計算、網絡與存儲等應用領域的高速串行數據業務激增,這些新的串行總線架構所帶來的數據處理量比幾年前高出好幾個數量級,元器件之間或內部傳輸的數據速度更是高達3Gbps、6Gbps、甚至12Gbps。
  然而,隨著串行總線技術的進步,新的問題又擺在了設計師的面前:速度更快的新技術在化解性能障礙挑戰的同時,也使設計更趨復雜,而且持續變化的標準也產生了更多新的工程設計難題。而在設計、驗證和故障排除等領域,串行總線技術對高性能示波器的性能提出了更高的標準。
  工程設計的挑戰
  信號完整性是最讓設計人員頭疼的問題。從泰克公司的調查中發現,許多受訪者都提到信號完整性問題,包括串擾、EMI、抖動、反射、封裝噪聲、偏移和靜電,這個問題對設計、測試同樣重要。泰克儀器事業部副總裁Colin Shepard說道,“當今串行總線發展的許多挑戰源于時間和眼圖的問題,同樣也源于波形的不理想狀態(噪聲、抖動、偏差)。串行標準帶來了更窄的定時容限,要求測量工具具有前所未有的帶寬和精確度。同時,現代測試工作還要求將測量設備本身帶來的影響降到最低。”
  如果從各種信號完整性問題的表象深入到本質,就會發現底層問題在于仿真建模、檢驗和測試。準確建模、仿真和全面分析高速串行鏈路,涉及到I/O、封裝、電路板通路、連接器和電纜等元件。Shepard指出:“必須對所有這些元件建立準確的模型,并能夠執行完善的解決方案空間分析,包括工藝、電壓、溫度、 PRBS激勵碼型等等,自動獲得波形質量和眼圖特點。”這其中,最大問題可能是電路板上的信號軌跡布局,如果阻抗不匹配或元件布局不當,那么高速I/O線路會出現問題,并發生數字反射。   另一個令人困擾的問題是,信號測試點的探接。泰克高性能示波器全球市場經理Jim Gowgiel稱,“由于芯片上可供連接探頭的空間越來越小,設計者通常很難將探頭連接到被測設備上,配套探頭需要采用流線型緊湊設計來解決這個難題。” 而多路串行數據更是增大了這一挑戰,他認為,在保證可靠靈活地連接到電路上的同時,還要能夠使工程師方便地在差分、單端和共模測試三種模式間進行切換,以獲得更高的效率和更好的易用性。
  此外,由于新一代串行數據標準處于不斷的發展和完善之中,要考慮到適應未來可能的要求,支持范圍廣泛的標準;以及互操作性和一致性測試和調試需求。同時,還要幫助設計者加快產品上市時間,提高設計和調試效率。
  下一代測試儀器
  最新的串行技術比上一代技術速度更快,通常也更復雜,要求測試設備具備更強的性能和更廣泛的分析能力,這需要新的測試工具能夠捕捉、顯示和分析最復雜和最富挑戰性的串行數據信號。作為新一代高速串行數據測試平臺的重要部分,泰克積極推動下一代數字產品的開發,并于不久前宣布了超高性能示波器 DSA70000系列數字串行分析器(DSA),將業界測試能力首次提升到20GHz實時帶寬。
  DSA70000系列新型數字實時(DRT)示波器包括20GHz的DSA72004、16GHz的DSA71604和12.5GHz的DSA71254 三個帶寬版本,每個通道高達50GS/s的取樣速率和200M的內存。FastAcq采集模式下每秒可以捕獲超過300,000個波形,約是其它同類產品的1,000倍,而DPX并行架構信號處理器可對信號行為進行重要的檢測和深度分析。此類DRT示波器與DPO(數字熒光)示波器能在四個通道上同時提供超高性能表現,這種組合可協助工程師應對最棘手的測試難題。
  采用DSP技術來實現獨特的價值,是DSA70000的一個重要特性。一方面,通過DSP技術可以增強頻率和相位響應、通道匹配、探頭系統性能、信噪比及其他性能;另外一方面,設計者可以根據測試需要選擇DSP的使用和配置,Shepard解釋說:“帶寬越高,相應的噪聲越大,例如用20GHz的高帶寬時可以捕捉更快、更準的上升時間,但噪聲大;用16GHz捕捉的上升時間可能不如20GHz的準,但噪聲小。因而關鍵取決于設計者的應用,泰克給用戶提供這種選擇的靈活性。”
  對于從事新興的第二代和第三代串行數據技術的開發者而言,憑借其50GS/s的取樣速率和200M的記錄長度,可以捕捉4毫秒以上的數據,這令 DSA70000與其它同類產品相比即使在最高帶寬的條件下工作也能提供最佳分辨率。20GHz帶寬的DSA72004示波器可對傳輸速率高達 12Gbps的數據測量三次諧波,或對最高傳輸速率8Gbps的信號測量五次諧波,這一性能足以在速度最快的芯片和芯片串行總線架構進行信號完整性和一致性測試時滿足其性能要求。
  為保證DSA70000的測試性能,泰克還同時推出了速度最快的有源差分探頭P7500,包括P7513(帶寬13GHz)和P7516(帶寬 16GHz)。新系列探頭采用獨特TriMode測量轉換技術和新的“針頭”式設計。其速率能令設計者調試和驗證10Gbps信號的三次諧波,并對PCI -Express 2.0、SATA III和HDMI 1.3等標準中高達6.4Gbps速率的信號進行五次諧波的一致性測試。
  DSA70000、P7500與之前推出的70GHz超寬帶模塊化采樣示波器DSA8200和速度最快的任意波形發生器AWG7000(5.8GHz的帶寬、10位分辨率及20GS/s的最快采樣速率)一起組成新一代高速串行數據測試平臺的一套完整解決方案,他們都是針對第二代、第三代串行數據的測試要求進行特別設計,滿足從事高速串行數據技術開發的設計人員要求。
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