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高速串行数据测试需求不断增长,将数字示波器推向20GHz速率

文字:[大][中][小] 2016-1-12    浏览次数:4612    

  计算技术的不断普及和内容需求的迅猛增长都需要更快的数字通路,目前,PCI-Express、XAUI、RapidIO、HDMI和SATA等串行数据总线架构已经广泛应用于数字环境中,而且更快速的PCI-Express 2.0、HDMI 1.3、SATA III等第二代和第三代总线结构也已经开始出现或正在研发过程中。

  高速数字通道把强大的计算能力与更多新兴数字内容连接起来,来自消费电子、计算、网络与存储等应用领域的高速串行数据业务激增,这些新的串行总线架构所带来的数据处理量比几年前高出好几个数量级,元器件之间或内部传输的数据速度更是高达3Gbps、6Gbps、甚至12Gbps。
  然而,随着串行总线技术的进步,新的问题又摆在了设计师的面前:速度更快的新技术在化解性能障碍挑战的同时,也使设计更趋复杂,而且持续变化的标准也产生了更多新的工程设计难题。而在设计、验证和故障排除等领域,串行总线技术对高性能示波器的性能提出了更高的标准。
  工程设计的挑战
  信号完整性是最让设计人员头疼的问题。从泰克公司的调查中发现,许多受访者都提到信号完整性问题,包括串扰、EMI、抖动、反射、封装噪声、偏移和静电,这个问题对设计、测试同样重要。泰克仪器事业部副总裁Colin Shepard说道,“当今串行总线发展的许多挑战源于时间和眼图的问题,同样也源于波形的不理想状态(噪声、抖动、偏差)。串行标准带来了更窄的定时容限,要求测量工具具有前所未有的带宽和精确度。同时,现代测试工作还要求将测量设备本身带来的影响降到最低。”
  如果从各种信号完整性问题的表象深入到本质,就会发现底层问题在于仿真建模、检验和测试。准确建模、仿真和全面分析高速串行链路,涉及到I/O、封装、电路板通路、连接器和电缆等元件。Shepard指出:“必须对所有这些元件建立准确的模型,并能够执行完善的解决方案空间分析,包括工艺、电压、温度、 PRBS激励码型等等,自动获得波形质量和眼图特点。”这其中,最大问题可能是电路板上的信号轨迹布局,如果阻抗不匹配或元件布局不当,那么高速I/O线路会出现问题,并发生数字反射。   另一个令人困扰的问题是,信号测试点的探接。泰克高性能示波器全球市场经理Jim Gowgiel称,“由于芯片上可供连接探头的空间越来越小,设计者通常很难将探头连接到被测设备上,配套探头需要采用流线型紧凑设计来解决这个难题。” 而多路串行数据更是增大了这一挑战,他认为,在保证可靠灵活地连接到电路上的同时,还要能够使工程师方便地在差分、单端和共模测试三种模式间进行切换,以获得更高的效率和更好的易用性。
  此外,由于新一代串行数据标准处于不断的发展和完善之中,要考虑到适应未来可能的要求,支持范围广泛的标准;以及互操作性和一致性测试和调试需求。同时,还要帮助设计者加快产品上市时间,提高设计和调试效率。
  下一代测试仪器
  最新的串行技术比上一代技术速度更快,通常也更复杂,要求测试设备具备更强的性能和更广泛的分析能力,这需要新的测试工具能够捕捉、显示和分析最复杂和最富挑战性的串行数据信号。作为新一代高速串行数据测试平台的重要部分,泰克积极推动下一代数字产品的开发,并于不久前宣布了超高性能示波器 DSA70000系列数字串行分析器(DSA),将业界测试能力首次提升到20GHz实时带宽。
  DSA70000系列新型数字实时(DRT)示波器包括20GHz的DSA72004、16GHz的DSA71604和12.5GHz的DSA71254 三个带宽版本,每个通道高达50GS/s的取样速率和200M的内存。FastAcq采集模式下每秒可以捕获超过300,000个波形,约是其它同类产品的1,000倍,而DPX并行架构信号处理器可对信号行为进行重要的检测和深度分析。此类DRT示波器与DPO(数字荧光)示波器能在四个通道上同时提供超高性能表现,这种组合可协助工程师应对最棘手的测试难题。
  采用DSP技术来实现独特的价值,是DSA70000的一个重要特性。一方面,通过DSP技术可以增强频率和相位响应、通道匹配、探头系统性能、信噪比及其他性能;另外一方面,设计者可以根据测试需要选择DSP的使用和配置,Shepard解释说:“带宽越高,相应的噪声越大,例如用20GHz的高带宽时可以捕捉更快、更准的上升时间,但噪声大;用16GHz捕捉的上升时间可能不如20GHz的准,但噪声小。因而关键取决于设计者的应用,泰克给用户提供这种选择的灵活性。”
  对于从事新兴的第二代和第三代串行数据技术的开发者而言,凭借其50GS/s的取样速率和200M的记录长度,可以捕捉4毫秒以上的数据,这令 DSA70000与其它同类产品相比即使在最高带宽的条件下工作也能提供最佳分辨率。20GHz带宽的DSA72004示波器可对传输速率高达 12Gbps的数据测量三次谐波,或对最高传输速率8Gbps的信号测量五次谐波,这一性能足以在速度最快的芯片和芯片串行总线架构进行信号完整性和一致性测试时满足其性能要求。
  为保证DSA70000的测试性能,泰克还同时推出了速度最快的有源差分探头P7500,包括P7513(带宽13GHz)和P7516(带宽 16GHz)。新系列探头采用独特TriMode测量转换技术和新的“针头”式设计。其速率能令设计者调试和验证10Gbps信号的三次谐波,并对PCI -Express 2.0、SATA III和HDMI 1.3等标准中高达6.4Gbps速率的信号进行五次谐波的一致性测试。
  DSA70000、P7500与之前推出的70GHz超宽带模块化采样示波器DSA8200和速度最快的任意波形发生器AWG7000(5.8GHz的带宽、10位分辨率及20GS/s的最快采样速率)一起组成新一代高速串行数据测试平台的一套完整解决方案,他们都是针对第二代、第三代串行数据的测试要求进行特别设计,满足从事高速串行数据技术开发的设计人员要求。
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