1、高速信號(hào)常見(jiàn)問(wèn)題分析（一）-一個(gè)25MHZ時(shí)鐘信號(hào)的單調(diào)性問(wèn)題測(cè)試分析                                     美國(guó)力科公司上海代表處    胡為東 

2、;   【摘要】本文結(jié)合實(shí)際測(cè)試中遇到的時(shí)鐘信號(hào)回溝問(wèn)題介紹了高速信號(hào)的概念，進(jìn)一步闡述了高速信號(hào)與高頻信號(hào)的區(qū)別，分析了25MHZ時(shí)鐘信號(hào)沿上的回溝等細(xì)節(jié)的測(cè)試準(zhǔn)確度問(wèn)題，并給出了高速信號(hào)測(cè)試時(shí)合理選擇示波器的一些建議。【關(guān)鍵詞】高速信號(hào) 示波器 時(shí)鐘 回溝 帶寬  采樣率一、問(wèn)題的提出下圖1為一個(gè)25MHZ 時(shí)鐘信號(hào)的測(cè)試結(jié)果截圖：              &#

3、160;     圖1   使用一個(gè)1G帶寬、10GS/S的示波器測(cè)試一個(gè)25M的時(shí)鐘信號(hào)的頻率、上升時(shí)間等測(cè)試結(jié)果      測(cè)得上升時(shí)間為485ps，時(shí)鐘頻率為25MHZ左右。從這個(gè)測(cè)試結(jié)果圖上我們并不能看出什么問(wèn)題來(lái)，時(shí)鐘頻率的偏差也很小。對(duì)于時(shí)鐘信號(hào)，我們通常是使用其上升沿或者下降沿的中間電平位置來(lái)采樣數(shù)據(jù)，因此時(shí)鐘信號(hào)上升沿或者下降沿的單調(diào)性就顯得非常重要。下圖2為該時(shí)鐘上升沿的細(xì)節(jié)，從該圖上我們可以清楚的看到示波器對(duì)該信號(hào)的采樣點(diǎn)位置及采樣點(diǎn)個(gè)

4、數(shù)。  圖2 使用一個(gè)1G帶寬、10GS/S的示波器測(cè)試一個(gè)25M的時(shí)鐘上升沿的測(cè)試結(jié)果          從圖2上我們可以看到波形上升沿比較平滑，單調(diào)性很好。    那么如果我們用一個(gè)更高帶寬、更高采樣率的示波器來(lái)測(cè)這個(gè)時(shí)鐘會(huì)有什么樣的變化呢？下圖3為用一個(gè)6G帶寬的示波器，20GS/s采樣率去測(cè)量該時(shí)鐘信號(hào)，我們發(fā)現(xiàn)在該時(shí)鐘信號(hào)的上升沿的中點(diǎn)位置處明顯有一個(gè)回溝，說(shuō)明事實(shí)上該時(shí)鐘信號(hào)的上升沿是非完全單調(diào)的！ &#

5、160;      圖3使用一個(gè)6G帶寬、20GS/S的示波器測(cè)試一個(gè)25M的時(shí)鐘上升沿的測(cè)試結(jié)果     那么到底是由于示波器帶寬的原因還是由于示波器采樣率的原因?qū)е略摃r(shí)鐘信號(hào)在1G帶寬的示波器上和6G帶寬的示波器上測(cè)試結(jié)果的差異呢？下圖4為用一個(gè)6G帶寬的示波器，10GS/s采樣率去測(cè)量該時(shí)鐘信號(hào)的測(cè)試結(jié)果圖：          圖4 使用一個(gè)6G帶寬、10GS/S的示波器

6、測(cè)試一個(gè)25M的時(shí)鐘上升沿的測(cè)試結(jié)果         從圖4中我們可以看到，波形的回溝已經(jīng)變得很不明顯，和1G帶寬，10GS/s采樣率的示波器測(cè)得的結(jié)果很類似，另外我們還將6GHZ帶寬的示波器帶寬限制到了1GHZ ,當(dāng)使用10Gs/s的采樣率的時(shí)候，上升沿上看不到回溝；當(dāng)使用20Gs/s的采樣率的時(shí)候，能夠看到回溝，通過(guò)分析比較我們應(yīng)該可以認(rèn)為該時(shí)鐘信號(hào)的非單調(diào)邊沿未能準(zhǔn)確測(cè)試主要原因應(yīng)該是示波器采樣率不足，示波器帶寬也可能有一定的影響，但是影響應(yīng)該很小。談到這里我們可能會(huì)有幾個(gè)較難理解的問(wèn)題：（1）1G

7、帶寬的示波器測(cè)量一個(gè)頻率為25MHZ的時(shí)鐘是否足夠？因?yàn)橥ǔ?lái)講示波器的帶寬是被測(cè)信號(hào)帶寬的5倍左右就能非常精確的測(cè)試這個(gè)信號(hào)。（2）對(duì)于特定帶寬的示波器，比如說(shuō)1GHZ，最大采樣率為10GS/s是否足夠，采樣率是不是越大越好，我們通常會(huì)認(rèn)為對(duì)于一定的帶寬的示波器，采樣率做的特別高沒(méi)有太大的意義，因?yàn)槭静ㄆ鞯膸捠且欢ǖ摹е@些問(wèn)題我們先來(lái)簡(jiǎn)單了解一下高速信號(hào)和高頻信號(hào)的概念。二、高速電路和高速信號(hào)的基本概念    通常會(huì)從兩個(gè)角度來(lái)定義高速電路和高速信號(hào)：   1、頻率角度   通常認(rèn)為如果數(shù)字邏輯電

8、路的頻率達(dá)到或者超過(guò)45MHZ-50MHZ，而且工作在這個(gè)頻率之上的電路或者信號(hào)占整個(gè)電路的系統(tǒng)達(dá)到一定的份量，如1/3以上，那么會(huì)稱該電路為高速電路，相關(guān)的信號(hào)為高速信號(hào)。   2、信號(hào)上升時(shí)間角度    通常認(rèn)為當(dāng)信號(hào)的傳輸延時(shí)小于其上升時(shí)間（或者下降時(shí)間）的1/6的時(shí)候，該電路會(huì)呈現(xiàn)出分布系統(tǒng)的特性，也將該電路稱高速電路，相關(guān)的信號(hào)叫做高速信號(hào)。    基于上述兩個(gè)角度對(duì)高速信號(hào)概念的描述，我們可總結(jié)為：即使一個(gè)信號(hào)頻率很低，如只有25MHZ，也可能因?yàn)樗纳仙龝r(shí)間很陡而將其歸入高速信號(hào)的范疇，應(yīng)以

9、處理高速信號(hào)的方法去處理它們。在高速設(shè)計(jì)中上升時(shí)間是衡量高速信號(hào)的一個(gè)很重要的特性。三、信號(hào)上升時(shí)間與信號(hào)功率譜的關(guān)系Howard Johnson的High-Speed Digital Design這篇經(jīng)典之作的第一章對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了闡述和分析，給出了轉(zhuǎn)折頻率的概念以及其與信號(hào)上升時(shí)間的關(guān)系。     圖5 一個(gè)隨機(jī)數(shù)字波形及其功率譜     上圖5中信號(hào)的上升時(shí)間Tr為時(shí)鐘周期的1/100。從功率譜圖中我們看到，當(dāng)頻率高于轉(zhuǎn)折頻率（Fknee）后，信號(hào)能量以遠(yuǎn)高于20dB/decade

10、的速度下降，該頻點(diǎn)后的能量在信號(hào)總能量中占有比例很小。    Howard給出了這個(gè)轉(zhuǎn)折頻率與信號(hào)上升時(shí)間的關(guān)系：Fknee=0.5/Tr（注：有的文獻(xiàn)中也會(huì)按照0.35/Tr或者0.4/Tr來(lái)計(jì)算），從該式中我們可以看出該轉(zhuǎn)折頻率只與信號(hào)的上升時(shí)間有關(guān)。因此說(shuō)，信號(hào)的上升時(shí)間對(duì)信號(hào)的能量分布范圍起到很關(guān)鍵的作用，上升時(shí)間越小（信號(hào)沿越陡），信號(hào)主要能量集中的范圍越寬，如果要更加準(zhǔn)確的測(cè)量信號(hào)，則需要示波器的帶寬也越寬；反之，上升時(shí)間越大（信號(hào)沿越緩），信號(hào)主要能量集中的范圍越窄，帶寬較窄的示波器也能比較準(zhǔn)確的測(cè)量信號(hào)。四、上述25MHZ時(shí)鐘測(cè)試問(wèn)題的解

11、釋從上面的測(cè)試結(jié)果截圖中我們可以看到，測(cè)量得到的時(shí)鐘信號(hào)的上升時(shí)間約為600ps左右，除去示波器和探頭的影響，信號(hào)本身的實(shí)際上升時(shí)間大約為500ps左右。那么代入公式Fknee=0.5/Tr可以得到該信號(hào)的功率譜的轉(zhuǎn)折頻率約為1GHZ；也就是說(shuō)，用1GHZ帶寬的示波器去測(cè)試該信號(hào)應(yīng)該可以得到很好的精度，然而實(shí)際情況是用1GHZ的示波器測(cè)試該時(shí)鐘信號(hào)時(shí)上升沿處的回溝并沒(méi)有完全被體現(xiàn)出來(lái)；因此根據(jù)上述分析可以初步認(rèn)為示波器帶寬對(duì)該回溝的影響不應(yīng)該是主要因素。采樣率過(guò)低也可能導(dǎo)致回溝問(wèn)題的一個(gè)主要原因。 我們仔細(xì)分析在20Gs/s采樣率下測(cè)得的信號(hào)，發(fā)現(xiàn)回溝時(shí)間恰好為100ps左右；而當(dāng)采

12、樣率為10Gs/s時(shí)，兩個(gè)采樣點(diǎn)之間的時(shí)間間隔也正好為100ps左右，因此示波器在采樣時(shí)很有可能不能正確地采集到回溝處的點(diǎn)，從而使得信號(hào)沿的回溝不能正確的得到顯示。為了很準(zhǔn)確的測(cè)量信號(hào)的沿，需要有相對(duì)應(yīng)的采樣率，下圖描述了信號(hào)上升沿與采樣點(diǎn)間隔的關(guān)系，當(dāng)采樣率固定的情況下，信號(hào)上升沿越陡，兩個(gè)采樣點(diǎn)之間的盲區(qū)就越大，該盲區(qū)的細(xì)節(jié)就會(huì)得不到正確的顯示。                  圖6 信號(hào)上升沿與示波器采樣點(diǎn)間隔的關(guān)系&

13、#160;五、合理選擇測(cè)量示波器的建議 1、首先，需要仔細(xì)分析需要測(cè)量的信號(hào)，不僅僅是頻率，還應(yīng)該關(guān)注信號(hào)的上升時(shí)間；因?yàn)橐粋€(gè)基本的信號(hào)是由數(shù)個(gè)頻率不同的正弦信號(hào)構(gòu)成，信號(hào)沿越陡，信號(hào)中包含的高頻正弦信號(hào)分離就越多，如果我們需要準(zhǔn)確的測(cè)量信號(hào)則首先必須準(zhǔn)確的測(cè)量這些高頻正弦分量，這些正弦高頻分量通常比信號(hào)本身的頻率要高，具體有多高，則可以根據(jù)上升時(shí)間去估測(cè)。         2、要明確需要關(guān)注的信號(hào)的細(xì)節(jié)的程度，即信號(hào)在多大的時(shí)間間隔內(nèi)出現(xiàn)不穩(wěn)定因素如單調(diào)性、過(guò)沖等可能會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)問(wèn)題，然后再結(jié)合信號(hào)的上

14、升時(shí)間來(lái)選取測(cè)試示波器的采樣率。參考資料【1】High-Speed Digital Design,Howard Johnson  高速信號(hào)常見(jiàn)問(wèn)題分析（二）                      -高速信號(hào)線跨溝對(duì)眼圖抖動(dòng)的影響分析          &#

15、160;                                  胡為東 美國(guó)力科公司上海代表處            

16、                    【摘要】本文簡(jiǎn)單介紹了高速信號(hào)跨溝及回流的概念，并結(jié)合實(shí)際測(cè)試分析高速信號(hào)線發(fā)生跨溝現(xiàn)象時(shí)，高速信號(hào)的眼圖、抖動(dòng)以及頻譜能量等有何變化。【關(guān)鍵詞】高速信號(hào) 跨溝 力科 示波器 眼圖  抖動(dòng)一、高速信號(hào)跨溝及信號(hào)回流的基本概念    下圖1所示為一個(gè)信號(hào)流向及其

17、回流示意圖。基于基爾霍夫定律，電流是閉環(huán)的，也就是說(shuō)任意一個(gè)電路的節(jié)點(diǎn)只要有電流流出就一定會(huì)有電流流入，返回到節(jié)點(diǎn)（通常是驅(qū)動(dòng)器）的電流通常就叫返回電流。，且高頻電流總是沿著最小的環(huán)路面積移動(dòng)，高頻返回電流通常是沿著阻抗最小的路徑返回。對(duì)于一個(gè)同軸電纜，其芯線為電流流動(dòng)路徑，而外殼的地就是返回電流的流動(dòng)路徑，所謂信號(hào)跨溝也就是返回電流的路徑被斷開(kāi)或者是有部分溝槽；對(duì)于一個(gè)PCB板上的高速傳輸線來(lái)說(shuō)，其電流流動(dòng)路徑為PCB板上的傳輸線，電流返回路徑通常為與傳輸線相鄰的地平面或者電源平面層（也稱為傳輸線的參考平面），當(dāng)與傳輸線相鄰的參考平面層有溝槽等不完整現(xiàn)象時(shí)，返回電流的路徑就可能被破壞，這時(shí)候

18、也稱高速信號(hào)跨溝。如圖1所示，當(dāng)返回電流路徑被斷開(kāi)或者被溝槽阻隔時(shí)通常稱為高速信 號(hào)跨溝。                                    圖1   信號(hào)流向及回流路徑示意圖 &

19、#160;   當(dāng)高速信號(hào)發(fā)生跨溝現(xiàn)象時(shí)，整個(gè)電流的環(huán)路面積將增加，通常系統(tǒng)的EMC輻射也將增加。同時(shí)傳輸線的特征阻抗也將發(fā)生變化（如下圖2所示為信號(hào)線阻抗變化曲線），信號(hào)遇到傳輸線特征阻抗突變點(diǎn)時(shí)將發(fā)生發(fā)射、振鈴等信號(hào)完整性問(wèn)題。                            &

20、#160;      圖2   Lecroy WE100H-TDR測(cè)得的PCB傳輸線阻抗變化示意圖    那么高速信號(hào)跨溝對(duì)信號(hào)的眼圖、抖動(dòng)、上升時(shí)間等影響是否很大呢？下面我們使用Lecroy的最新款示波器WP760 ZI 來(lái)實(shí)測(cè)下一個(gè)3.125Gb/s的XAUI信號(hào)跨越分割平面后的眼圖、抖動(dòng)、頻譜等參數(shù)變化情況以及一個(gè)快沿信號(hào)（Lecroy的WP760 ZI自帶有一個(gè)SMA輸出接口可以發(fā)出一個(gè)上升時(shí)間為70ps左右（20%-80%），見(jiàn)下圖3），可以很方

21、便的用作快沿調(diào)試信號(hào)。                       圖3 Lecroy WP760 ZI輸出的快沿脈沖信號(hào)二、3.125Gbits/s XAUI信號(hào)跨溝時(shí)眼圖抖動(dòng)等參數(shù)的變化1、  眼圖            &#

22、160;                  圖4 XAUI信號(hào)未跨溝時(shí)的眼圖及相關(guān)參數(shù)（左）以及有跨溝且溝槽寬度為120mil時(shí)的眼圖及相關(guān)參數(shù)（右）                      

23、60;                                 （結(jié)果為L(zhǎng)ecroy WP760 ZI測(cè)得）       從圖4可看出，信號(hào)跨越溝槽以后，眼圖的張開(kāi)度有明顯減小，眼圖各項(xiàng)參數(shù)均

24、有一定程度的惡化，眼高降低了40mv左右（通常XAUI信號(hào)規(guī)定接收端的信號(hào)幅度不低于50mv），眼寬也降低了20ps左右（大約為1/16UI），可見(jiàn)參考平面上的溝槽對(duì)信號(hào)眼圖的影響還是非常明顯的。 2、  抖動(dòng)XAUI信號(hào)沒(méi)有跨溝情況抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果如下圖5所示，      圖5 XAUI信號(hào)沒(méi)有跨溝時(shí)的抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果（測(cè)得總體抖動(dòng)Tj為219.4ps，固有抖動(dòng)Dj為141.3ps）    XAUI信號(hào)有跨溝情況（溝槽寬度為120mil）抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果如下圖6所示，

25、0;     圖6 XAUI信號(hào)跨越120mil寬度溝槽時(shí)的抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果（測(cè)得總體抖動(dòng)Tj為255.4ps，固有抖動(dòng)Dj為157.6ps）    從圖5、圖6可以看出，信號(hào)跨越溝槽后總體抖動(dòng)Tj增加了約40ps左右，固有抖動(dòng)Dj增加了15ps左右。            3、信號(hào)頻譜能量Lecroy的最新款示波器WP760 ZI新增了一個(gè)頻譜分析儀選件，該選件的操作界面非常類似于R&am

26、p;S等頻譜儀，可以很便捷的設(shè)定center frequency、span范圍等，且可以實(shí)時(shí)顯示峰值點(diǎn)的頻率值及對(duì)應(yīng)幅度值大小，操作起來(lái)非常方便簡(jiǎn)潔，界面如下圖7所示：                  圖7  Lecroy WP760ZI新增的頻譜分析儀選件   XAUI信號(hào)沒(méi)有跨溝情況下頻譜能量如下圖8所示所示，     &

27、#160;            圖8  XAUI信號(hào)沒(méi)有跨溝情況下3.125GHZ點(diǎn)處的功率譜能量（-49.9dbm）        XAUI信號(hào)有跨溝情況（溝槽寬度為120mil）抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果如下圖9所示，         圖9  XAUI信號(hào)跨越120mil寬度溝槽情況下3.125G

28、HZ點(diǎn)處的功率譜能量（-49.5dbm）   從圖8和圖9可見(jiàn)，信號(hào)跨越溝槽后，頻譜能量略有增加，可能原因是信號(hào)環(huán)路增加，導(dǎo)致外部耦合進(jìn)來(lái)的信號(hào)能量疊加進(jìn)來(lái)或者是由于信號(hào)跨溝導(dǎo)致各頻段能量分布發(fā)生變化導(dǎo)致的。三、快沿脈沖信號(hào)跨溝時(shí)抖動(dòng)上升時(shí)間等參數(shù)的變化1、上升時(shí)間及抖動(dòng)快沿信號(hào)沒(méi)有跨溝時(shí)上升時(shí)間抖動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量，如下圖10所示，        圖10  快沿信號(hào)未跨溝時(shí)上升時(shí)間以及抖動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量      

29、60;                        （測(cè)得上升時(shí)間為197.5ps，周期抖動(dòng)RMS值為2.59ps） 快沿信號(hào)跨越120mil寬的溝槽時(shí)上升時(shí)間及抖動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量，如下圖11所示，          圖11  快

30、沿信號(hào)跨越120mil溝槽時(shí)上升時(shí)間以及抖動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量                        （測(cè)得上升時(shí)間為224.3ps，周期抖動(dòng)RMS值為3.19ps）從圖10、圖11可見(jiàn)信號(hào)跨溝后，信號(hào)的上升時(shí)間和抖動(dòng)受到的影響都非常明顯。3、  頻譜快沿信號(hào)沒(méi)有跨溝時(shí)500MHZ左右的功率譜，如下圖12所示，  

31、      圖12  快沿信號(hào)未跨溝時(shí)500MHZ左右的功率譜    快沿信號(hào)跨越120mil溝槽時(shí)500MHZ左右的功率譜，如下圖13所示，       圖13  快沿信號(hào)跨越120mil溝槽時(shí)500MHZ左右的功率譜      從圖12、圖13可見(jiàn)，信號(hào)跨越溝槽后500MHZ左右頻點(diǎn)的能量亦略有增加。四、總結(jié) 從上述測(cè)試結(jié)果

32、可見(jiàn)，當(dāng)高速信號(hào)尤其是快沿高速信號(hào)跨越分割參考平面時(shí)，信號(hào)的眼圖、抖動(dòng)、上升時(shí)間等均會(huì)受到比較大的影響。上述測(cè)試結(jié)果給出了一個(gè)比較直觀的測(cè)試對(duì)比，可供參考。因此在高速設(shè)計(jì)時(shí)為了保持比較好的信號(hào)完整性，一定要注意避免高速信號(hào)線跨越分割平面。高速信號(hào)常見(jiàn)問(wèn)題分析（二）                      -高速信號(hào)線跨溝對(duì)眼圖抖動(dòng)的影響分析   

33、                                          胡為東 美國(guó)力科公司上海代表處    

34、0;                           【摘要】本文簡(jiǎn)單介紹了高速信號(hào)跨溝及回流的概念，并結(jié)合實(shí)際測(cè)試分析高速信號(hào)線發(fā)生跨溝現(xiàn)象時(shí)，高速信號(hào)的眼圖、抖動(dòng)以及頻譜能量等有何變化。【關(guān)鍵詞】高速信號(hào) 跨溝 力科 示波器 眼圖  抖動(dòng)一、高速信號(hào)跨溝及信號(hào)回

35、流的基本概念    下圖1所示為一個(gè)信號(hào)流向及其回流示意圖。基于基爾霍夫定律，電流是閉環(huán)的，也就是說(shuō)任意一個(gè)電路的節(jié)點(diǎn)只要有電流流出就一定會(huì)有電流流入，返回到節(jié)點(diǎn)（通常是驅(qū)動(dòng)器）的電流通常就叫返回電流。，且高頻電流總是沿著最小的環(huán)路面積移動(dòng)，高頻返回電流通常是沿著阻抗最小的路徑返回。對(duì)于一個(gè)同軸電纜，其芯線為電流流動(dòng)路徑，而外殼的地就是返回電流的流動(dòng)路徑，所謂信號(hào)跨溝也就是返回電流的路徑被斷開(kāi)或者是有部分溝槽；對(duì)于一個(gè)PCB板上的高速傳輸線來(lái)說(shuō)，其電流流動(dòng)路徑為PCB板上的傳輸線，電流返回路徑通常為與傳輸線相鄰的地平面或者電源平面層（也稱為傳輸線的參考平

36、面），當(dāng)與傳輸線相鄰的參考平面層有溝槽等不完整現(xiàn)象時(shí)，返回電流的路徑就可能被破壞，這時(shí)候也稱高速信號(hào)跨溝。如圖1所示，當(dāng)返回電流路徑被斷開(kāi)或者被溝槽阻隔時(shí)通常稱為高速信 號(hào)跨溝。                                   &

37、#160;圖1   信號(hào)流向及回流路徑示意圖     當(dāng)高速信號(hào)發(fā)生跨溝現(xiàn)象時(shí)，整個(gè)電流的環(huán)路面積將增加，通常系統(tǒng)的EMC輻射也將增加。同時(shí)傳輸線的特征阻抗也將發(fā)生變化（如下圖2所示為信號(hào)線阻抗變化曲線），信號(hào)遇到傳輸線特征阻抗突變點(diǎn)時(shí)將發(fā)生發(fā)射、振鈴等信號(hào)完整性問(wèn)題。                     

38、;              圖2   Lecroy WE100H-TDR測(cè)得的PCB傳輸線阻抗變化示意圖    那么高速信號(hào)跨溝對(duì)信號(hào)的眼圖、抖動(dòng)、上升時(shí)間等影響是否很大呢？下面我們使用Lecroy的最新款示波器WP760 ZI 來(lái)實(shí)測(cè)下一個(gè)3.125Gb/s的XAUI信號(hào)跨越分割平面后的眼圖、抖動(dòng)、頻譜等參數(shù)變化情況以及一個(gè)快沿信號(hào)（Lecroy的WP760 ZI自帶有一個(gè)

39、SMA輸出接口可以發(fā)出一個(gè)上升時(shí)間為70ps左右（20%-80%），見(jiàn)下圖3），可以很方便的用作快沿調(diào)試信號(hào)。                       圖3 Lecroy WP760 ZI輸出的快沿脈沖信號(hào)二、3.125Gbits/s XAUI信號(hào)跨溝時(shí)眼圖抖動(dòng)等參數(shù)的變化1、  眼圖     

40、                          圖4 XAUI信號(hào)未跨溝時(shí)的眼圖及相關(guān)參數(shù)（左）以及有跨溝且溝槽寬度為120mil時(shí)的眼圖及相關(guān)參數(shù)（右）               &

41、#160;                                        （結(jié)果為L(zhǎng)ecroy WP760 ZI測(cè)得）     

42、60; 從圖4可看出，信號(hào)跨越溝槽以后，眼圖的張開(kāi)度有明顯減小，眼圖各項(xiàng)參數(shù)均有一定程度的惡化，眼高降低了40mv左右（通常XAUI信號(hào)規(guī)定接收端的信號(hào)幅度不低于50mv），眼寬也降低了20ps左右（大約為1/16UI），可見(jiàn)參考平面上的溝槽對(duì)信號(hào)眼圖的影響還是非常明顯的。 2、  抖動(dòng)XAUI信號(hào)沒(méi)有跨溝情況抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果如下圖5所示，      圖5 XAUI信號(hào)沒(méi)有跨溝時(shí)的抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果（測(cè)得總體抖動(dòng)Tj為219.4ps，固有抖動(dòng)Dj為141.3ps）   

43、60;XAUI信號(hào)有跨溝情況（溝槽寬度為120mil）抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果如下圖6所示，      圖6 XAUI信號(hào)跨越120mil寬度溝槽時(shí)的抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果（測(cè)得總體抖動(dòng)Tj為255.4ps，固有抖動(dòng)Dj為157.6ps）    從圖5、圖6可以看出，信號(hào)跨越溝槽后總體抖動(dòng)Tj增加了約40ps左右，固有抖動(dòng)Dj增加了15ps左右。            3、信號(hào)頻譜能量Lecroy的

44、最新款示波器WP760 ZI新增了一個(gè)頻譜分析儀選件，該選件的操作界面非常類似于R&S等頻譜儀，可以很便捷的設(shè)定center frequency、span范圍等，且可以實(shí)時(shí)顯示峰值點(diǎn)的頻率值及對(duì)應(yīng)幅度值大小，操作起來(lái)非常方便簡(jiǎn)潔，界面如下圖7所示：                  圖7  Lecroy WP760ZI新增的頻譜分析儀選件   XAUI信號(hào)沒(méi)有跨溝情況下

45、頻譜能量如下圖8所示所示，                  圖8  XAUI信號(hào)沒(méi)有跨溝情況下3.125GHZ點(diǎn)處的功率譜能量（-49.9dbm）        XAUI信號(hào)有跨溝情況（溝槽寬度為120mil）抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果如下圖9所示，        

46、60;圖9  XAUI信號(hào)跨越120mil寬度溝槽情況下3.125GHZ點(diǎn)處的功率譜能量（-49.5dbm）   從圖8和圖9可見(jiàn)，信號(hào)跨越溝槽后，頻譜能量略有增加，可能原因是信號(hào)環(huán)路增加，導(dǎo)致外部耦合進(jìn)來(lái)的信號(hào)能量疊加進(jìn)來(lái)或者是由于信號(hào)跨溝導(dǎo)致各頻段能量分布發(fā)生變化導(dǎo)致的。三、快沿脈沖信號(hào)跨溝時(shí)抖動(dòng)上升時(shí)間等參數(shù)的變化1、上升時(shí)間及抖動(dòng)快沿信號(hào)沒(méi)有跨溝時(shí)上升時(shí)間抖動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量，如下圖10所示，        圖10  快沿信號(hào)未跨溝時(shí)上升時(shí)間以及抖動(dòng)等

47、參數(shù)的測(cè)量                               （測(cè)得上升時(shí)間為197.5ps，周期抖動(dòng)RMS值為2.59ps） 快沿信號(hào)跨越120mil寬的溝槽時(shí)上升時(shí)間及抖動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量，如下圖11所示，     &#

48、160;    圖11  快沿信號(hào)跨越120mil溝槽時(shí)上升時(shí)間以及抖動(dòng)等參數(shù)的測(cè)量                        （測(cè)得上升時(shí)間為224.3ps，周期抖動(dòng)RMS值為3.19ps）從圖10、圖11可見(jiàn)信號(hào)跨溝后，信號(hào)的上升時(shí)間和抖動(dòng)受到的影響都非常明顯。3、  頻

49、譜快沿信號(hào)沒(méi)有跨溝時(shí)500MHZ左右的功率譜，如下圖12所示，         圖12  快沿信號(hào)未跨溝時(shí)500MHZ左右的功率譜    快沿信號(hào)跨越120mil溝槽時(shí)500MHZ左右的功率譜，如下圖13所示，       圖13  快沿信號(hào)跨越120mil溝槽時(shí)500MHZ左右的功率譜      從圖12、圖13可見(jiàn)

50、，信號(hào)跨越溝槽后500MHZ左右頻點(diǎn)的能量亦略有增加。四、總結(jié) 從上述測(cè)試結(jié)果可見(jiàn)，當(dāng)高速信號(hào)尤其是快沿高速信號(hào)跨越分割參考平面時(shí)，信號(hào)的眼圖、抖動(dòng)、上升時(shí)間等均會(huì)受到比較大的影響。上述測(cè)試結(jié)果給出了一個(gè)比較直觀的測(cè)試對(duì)比，可供參考。因此在高速設(shè)計(jì)時(shí)為了保持比較好的信號(hào)完整性，一定要注意避免高速信號(hào)線跨越分割平面。高速信號(hào)常見(jiàn)問(wèn)題分析（二）                    

51、0; -高速信號(hào)線跨溝對(duì)眼圖抖動(dòng)的影響分析                                             胡為東&

52、#160;美國(guó)力科公司上海代表處                                【摘要】本文簡(jiǎn)單介紹了高速信號(hào)跨溝及回流的概念，并結(jié)合實(shí)際測(cè)試分析高速信號(hào)線發(fā)生跨溝現(xiàn)象時(shí)，高速信號(hào)的眼圖、抖動(dòng)以及頻譜能量等有何變化。【關(guān)鍵詞】高速信號(hào) 跨溝 力

53、科 示波器 眼圖  抖動(dòng)一、高速信號(hào)跨溝及信號(hào)回流的基本概念    下圖1所示為一個(gè)信號(hào)流向及其回流示意圖。基于基爾霍夫定律，電流是閉環(huán)的，也就是說(shuō)任意一個(gè)電路的節(jié)點(diǎn)只要有電流流出就一定會(huì)有電流流入，返回到節(jié)點(diǎn)（通常是驅(qū)動(dòng)器）的電流通常就叫返回電流。，且高頻電流總是沿著最小的環(huán)路面積移動(dòng)，高頻返回電流通常是沿著阻抗最小的路徑返回。對(duì)于一個(gè)同軸電纜，其芯線為電流流動(dòng)路徑，而外殼的地就是返回電流的流動(dòng)路徑，所謂信號(hào)跨溝也就是返回電流的路徑被斷開(kāi)或者是有部分溝槽；對(duì)于一個(gè)PCB板上的高速傳輸線來(lái)說(shuō)，其電流流動(dòng)路徑為PCB

54、板上的傳輸線，電流返回路徑通常為與傳輸線相鄰的地平面或者電源平面層（也稱為傳輸線的參考平面），當(dāng)與傳輸線相鄰的參考平面層有溝槽等不完整現(xiàn)象時(shí)，返回電流的路徑就可能被破壞，這時(shí)候也稱高速信號(hào)跨溝。如圖1所示，當(dāng)返回電流路徑被斷開(kāi)或者被溝槽阻隔時(shí)通常稱為高速信 號(hào)跨溝。                            

55、;        圖1   信號(hào)流向及回流路徑示意圖     當(dāng)高速信號(hào)發(fā)生跨溝現(xiàn)象時(shí)，整個(gè)電流的環(huán)路面積將增加，通常系統(tǒng)的EMC輻射也將增加。同時(shí)傳輸線的特征阻抗也將發(fā)生變化（如下圖2所示為信號(hào)線阻抗變化曲線），信號(hào)遇到傳輸線特征阻抗突變點(diǎn)時(shí)將發(fā)生發(fā)射、振鈴等信號(hào)完整性問(wèn)題。             

56、60;                     圖2   Lecroy WE100H-TDR測(cè)得的PCB傳輸線阻抗變化示意圖    那么高速信號(hào)跨溝對(duì)信號(hào)的眼圖、抖動(dòng)、上升時(shí)間等影響是否很大呢？下面我們使用Lecroy的最新款示波器WP760 ZI 來(lái)實(shí)測(cè)下一個(gè)3.125Gb/s的XAUI信號(hào)跨越分割平面后的

57、眼圖、抖動(dòng)、頻譜等參數(shù)變化情況以及一個(gè)快沿信號(hào)（Lecroy的WP760 ZI自帶有一個(gè)SMA輸出接口可以發(fā)出一個(gè)上升時(shí)間為70ps左右（20%-80%），見(jiàn)下圖3），可以很方便的用作快沿調(diào)試信號(hào)。                       圖3 Lecroy WP760 ZI輸出的快沿脈沖信號(hào)二、3.125Gbits/s XAUI信號(hào)跨溝時(shí)眼圖抖動(dòng)等參數(shù)的變化1、

58、  眼圖                               圖4 XAUI信號(hào)未跨溝時(shí)的眼圖及相關(guān)參數(shù)（左）以及有跨溝且溝槽寬度為120mil時(shí)的眼圖及相關(guān)參數(shù)（右）        

59、;                                                （結(jié)果為L(zhǎng)ecroy

60、WP760 ZI測(cè)得）       從圖4可看出，信號(hào)跨越溝槽以后，眼圖的張開(kāi)度有明顯減小，眼圖各項(xiàng)參數(shù)均有一定程度的惡化，眼高降低了40mv左右（通常XAUI信號(hào)規(guī)定接收端的信號(hào)幅度不低于50mv），眼寬也降低了20ps左右（大約為1/16UI），可見(jiàn)參考平面上的溝槽對(duì)信號(hào)眼圖的影響還是非常明顯的。 2、  抖動(dòng)XAUI信號(hào)沒(méi)有跨溝情況抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果如下圖5所示，      圖5 XAUI信號(hào)沒(méi)有跨溝時(shí)的抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果（測(cè)得總體抖動(dòng)Tj為219.4ps，固有抖動(dòng)Dj為141.3ps）    XAUI信號(hào)有跨溝情況（溝槽寬度為120mil）抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果如下圖6所示，      圖6 XAUI信號(hào)跨越120mil寬度溝槽時(shí)的抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果（測(cè)得總體抖動(dòng)Tj為255.4ps，固有抖動(dòng)Dj為157.6ps）    從圖5、圖6可以看出，信號(hào)跨越溝槽后總體抖動(dòng)Tj增加了約40ps左右，固有抖動(dòng)Dj增加了15ps左右。   &#