1. 引言

高速數字信號在通過傳輸路徑后，會由于路徑的自身特性對信號造成失真等影響，信號完整性是指信號在傳輸路徑上的質量。數字電路剛出現時，由于傳輸信號速率很低，在電路分析時采用低頻和直流的方法就可以，但隨著數字信號頻率越來越高，電路的高頻特性越來越顯現出來，需要借助更精確的手段加以分析評估。

信號完整性的測試手段種類繁多，有頻域和時域法，還有一些綜合性的手段，比如誤碼率測試，實驗室通常會配備示波器和矢量網絡分析儀等儀器進行分析測試。羅德與施瓦茨公司（R&S）矢量網絡分析儀ZNB和ZNBT相比傳統的信號完整性測試儀器，同時具備了時域和頻域測量功能，基于矢網豐富的誤差校準和高動態范圍，為信號完整性測試提供了強大和全面的分析功能。

2. 技術背景及產品簡介

對于設計高速器件、無線組件來說，分析其連接器、PCB板材和傳輸線的時域響應和信號完整性至關重要。在信號完整性分析中，示波器的眼圖功能已經被廣泛應用，通過對被測件眼圖的描繪可以得出許多重要的信息，為了使用矢網得到眼圖，首先測量被測件的頻域復S參數，通過ZNB/T-K2時域分析選件，對頻域參數進行逆傅里葉變換，得到時域響應。ZNB/T-K20增強時域分析選件根據定義的比特字符串對時域響應進行卷積后得到眼圖結果。

許多標準接口，比如E1/T1等，為了避免有太多能量反射，對阻抗通常都要求。需要進行時頻域阻抗或回波測試。對于長的PCB走線，或者電纜等，在傳輸距離比較遠，或者傳輸信號速率非常高的情況下，還需對線損、線間串擾等進行評估。而ZNB/T也可對單端或差分線對進行阻抗與傳輸特性進行分析。

圖1 ZNB/T選件功能介紹

3. 矢網的信號完整性測試應用

3.1 眼圖測試

眼圖是比特流數據在時域上累積而顯示的圖形，包含了高低點平和這兩種狀態之間所有轉換信息，眼圖的“眼睛”張開的大小反映著碼間串擾的強弱。“眼睛”張的越大，且眼圖越端正，表示碼間串擾越小，傳輸線傳輸性能越好；反之表示碼間串擾越大。

圖2 眼圖式樣

ZNB/T上設置功能如下圖3所示，需要根據被測件實際傳輸速率和電平參數改變設置。

圖3 眼圖測量設置界面

1. 選擇儀器內置的比特流形式，如PRBS等，同時可根據需要設置測試比特流的循環長度。

2. 根據比特率確定單個比特的長度，以10 Mbit/s為例，比特符號長度為100ns，最終網分界面顯示時間刻度為-100ns~100ns，該數值與被測件實際工作頻率相符合，在大多數情況下，矢網的最高測量頻率應當大于1.5倍的比特速率。

3. 也可根據用戶實際業務需求載入特定樣式的比特流數據。

4. 根據被測件傳輸電平設定“0”和“1”的電平。

5. 模擬比特串的上升時間，也可定義上升沿對應的電平百分比。

通過如上設置，即可實現眼圖的結果顯示，同時可得到關于眼圖的所有數值統計結果，并支持數據導出后處理。

圖4 眼圖測量結果統計

針對特定的協議標準標準，如USB3.1，SATA3，HDMI1.4，PCIe3等，需根據協議規定的眼圖模板進行測試，如下圖5所示，被測曲線“眼睛”中央及上下方區域即為模板，當被測件結果觸碰模板區域時，即判定被測件測試失敗。

圖5 眼圖測量模板

如圖6所示，在實際的高速串行鏈路中，為了對傳輸信道的失真進行抵消，往往會采用發射端預加重（Emphasis）和接收端均衡（Equalize）的方式，ZNB/T K20選件提供了多種信號發射端預處理或惡化的仿真設置，除預加重外，還提供了抖動（Jitter）和噪聲（Noise）的添加，使用者可根據需求模擬實際信道傳輸情況，并為改善測量結果提供仿真評估。

圖6 高速串行鏈路示意圖及ZNB/T K20內置高級設置

K20選件中的均衡器可任意設置，滿足各種實際高速數據總線的參數要求，最大化的靈活適應實際測試場景。

圖7 ZNB/T K20內置均衡器設置

3.2 TDR測試

在一般情況下，矢網測量的是被測器件的射頻性能隨頻率的變化。當網絡分析儀具有時域功能時，測量結果以時間作為水平顯示軸。隨著矢網功能的日趨強大，現代網絡分析儀在極限情況下已經可以測試5km長的電纜，位置精度也可以達到mm 級，在很多場合下已經替代了傳統時域TDR 進行，如脈沖回波損耗、時域阻抗測量。

圖8 不同阻抗在時域下測量結果

TDR測試目前主要使用于PCB(印制電路板)信號線、以及器件特征阻抗的測試，并顯示出每個阻抗不連續點的位置和特性比。同時如單端信號線，差分信號線，連接器等。

3.3 傳輸線頻域測試

在使用矢網驗證PCB板上的走線與布板時，往往僅需對感興趣區域進行測試，需去除探針、焊盤、過孔、管腳帶來的影響。使用ZNB/T四端口或以上矢網可以將兩路物理端口合并為一路差分邏輯端口，進行差分傳輸線測試，通過EMStar Smart Fixture Deembedding (SFD) 或AtaiTec In-Situ Deembedding (ISD)這兩種校準方式進行校準、探針或夾具去嵌入。

圖9 PCB片上測量

ZNB/T矢網可內置校準界面，在保證測量精度的情況下，簡化傳統的校準步驟，提高了PCB片上測量的易用性。結果同時顯示在界面中，包含差分S參數，差共模抑制，阻抗等。

圖10 ZNB/T內置PCB測量校準界面

4. 小結

R&S公司ZNB/T矢量網絡分析儀提供了信號完整性測試的新思路，時頻域同時顯示大大簡化了測試系統搭建的復雜度，降低了測試成本，差分端口設置和靈活的校準去嵌入方法保證了各種測試場景下的適用性。

羅德與施瓦茨公司自成立至今的八十多年間，一直致力于為無線電通信提供高性能的測試與測量儀器。