使用Eye Doctor II工具分析解決測試著色難題
在信號(hào)完整性測試中,由于探測點(diǎn)受限引入的傳輸線延遲,及芯片的寄生參數(shù),會(huì)導(dǎo)致測試波形在邊沿上有臺(tái)階或回溝。這種因測試引入的這種差異叫做測試著色,測試著色引入的信號(hào)質(zhì)量問題一般不用解決,但如何分辨測試著色是一個(gè)難題。
LeCroy公司高級信號(hào)完整性分析軟件包Eye Doctor II提供的VP@RCVR(接收端虛擬探測)功能可以非常方便地利用大家所熟悉的端接模型對這種測試難題進(jìn)行分析,能夠簡單快速的分辨測試著色問題,提高硬件調(diào)試效率。
測試著色案例
如下波形可以看到該時(shí)鐘信號(hào)邊沿出現(xiàn)回溝,這種現(xiàn)象隨著信號(hào)速率變高而越來越普遍,如何分析這種現(xiàn)象?我們可以通過仿真驅(qū)動(dòng)芯片模型和電路拓?fù)洌瑱z查PCB中參考平面的完整性、信號(hào)走線的間距來排除設(shè)計(jì)問題。如何進(jìn)一步驗(yàn)證分析是否是測試著色引入的?是否真正滿足芯片的指標(biāo)要求?
下面以該問題作為案例介紹分析過程。
反射的基本原理分析
單端的時(shí)鐘信號(hào)以及邊緣敏感信號(hào),常用源端串阻來吸收反射。這種拓?fù)湓O(shè)計(jì)理想狀況下,源端反射系數(shù)為0,負(fù)載端的反射系數(shù)為1。
驅(qū)動(dòng)信號(hào)的快慢t_rise對V_pkg和V_die的影響:
根據(jù)傳輸線的反射原理,當(dāng)信號(hào)上升時(shí)間大于兩倍傳輸線延遲時(shí),則在信號(hào)躍遷完成之前,信號(hào)探測點(diǎn)處會(huì)先完成發(fā)射疊加。因此當(dāng)上升時(shí)間小于兩倍的傳輸線時(shí)延(TD)時(shí),上升時(shí)間將對波形產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。
C_die的大小對V_pkg和V_die的影響:
而在實(shí)際系統(tǒng)中,幾乎沒有負(fù)載為純電阻的情況,比如:CMOS門電路的輸入大多是呈容性的,而封裝的焊接線和框架則是感性的。當(dāng)傳輸線端接為容性負(fù)載時(shí),驅(qū)動(dòng)器和負(fù)載處的波形將與典型的傳輸線相應(yīng)波形完全不同。本質(zhì)上,電容是一種與時(shí)間有關(guān)的負(fù)載,當(dāng)信號(hào)剛到達(dá)電容時(shí),電容可看作短路負(fù)載,對應(yīng)的反射系數(shù)為-1;電容充滿電后,可看作開路負(fù)載,對應(yīng)的反射系數(shù)為1。
L_pkg的大小對V_pkg和V_die的影響:
當(dāng)傳輸線上的電氣通路中出現(xiàn)串聯(lián)電感時(shí),該電感同樣是與時(shí)間有關(guān)的負(fù)載。當(dāng)電路中剛加上一個(gè)階躍電壓時(shí),電感幾乎沒有電流流過,這會(huì)反射系數(shù)為1。電感的大小決定反射系數(shù)1能保持多長時(shí)間,如果電感足夠大,信號(hào)幅度將會(huì)倍增。此后電感釋放能量,其放電速度取決于LR電路的時(shí)間常數(shù)t=L/Z0(Z0為傳輸線阻抗)。
實(shí)踐情況
對反射進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓ぞ?/p>
在實(shí)際測試中遇到此類問題,需要對反射進(jìn)行補(bǔ)償,我們可以使用去嵌/仿真工具,但是這些工具通常都需要DUT的S參數(shù)。LeCroy公司高級信號(hào)完整性分析軟件包Eye Doctor II提供的VP@RCVR(接收端虛擬探測)功能可以非常方便地利用大家所熟悉的端接模型對這種反射進(jìn)行補(bǔ)償。
該軟件有兩個(gè)模式:“simulation”和“termination”。在“termination”模式下仿真端接點(diǎn)的信號(hào)波形以補(bǔ)償基于不理想的接收端接電路帶來的反射。“simulation”模式可用于驗(yàn)證“termination”模式的仿真效果。
基于LeCroy示波器的信號(hào)仿真工具JitterSim
為了配置端接模型并進(jìn)行仿真驗(yàn)證,LeCroy的高級串行分析軟件包SDA II提供的JitterSim工具可以非常方便地仿真發(fā)射機(jī)信號(hào)。在本例中,JitterSim產(chǎn)生一個(gè)41.2MHz的時(shí)鐘信號(hào),上升時(shí)間為500pS,由圖7中F1(Z1)所示:
驗(yàn)證端接模型:
為了驗(yàn)證補(bǔ)償?shù)亩私幽P停覀兛梢允褂肰P@rcvr的“Simulation”模式和JitterSim產(chǎn)生的理想的發(fā)射端信號(hào)。在這個(gè)應(yīng)用中,F(xiàn)2被設(shè)置為VP@rcvr中圖7所示的“Simulated”模式。
信號(hào)為源端端接匹配電路,其負(fù)載電阻為5 Mohm的系統(tǒng)(負(fù)載電阻的阻值可以從芯片的IBIS模型中獲?。?,Td設(shè)置為300ps, F2波形是基于端接模型的探測點(diǎn)的仿真結(jié)果波形。如果 F2 和實(shí)際測量到的信號(hào)形狀非常一致,表示端接模型適合于補(bǔ)償實(shí)際的端接。在本例中,利用電容 C=5pF、電感L=1nH,F(xiàn)2 和圖 8 中的 M1(Z3)波形非常一致(M1為實(shí)際測量的信號(hào)波形)。
補(bǔ)償反射
現(xiàn)在,端接模型可以用于VP@rcvr中的“Termination”模式的反射補(bǔ)償了。將 F2 的源由F1改為 M1。將VP@rcvr的“Simulation”模式改為“Termination”。
此時(shí),F(xiàn)2 表示的就是虛擬探測的端接點(diǎn)的信號(hào),即在芯片die上的波形,見圖9右下角波形。從波形上看回勾已消失,信號(hào)幅度、頻率、占空比和邊沿上升下降時(shí)間均滿足芯片的指標(biāo)要求,我們可以認(rèn)為圖1所示波形的回溝是由于測試著色引入的,經(jīng)虛擬探測得到的芯片die上波形滿足芯片指標(biāo)要求,因此不需要修改設(shè)計(jì)。
結(jié)論
VPrcvr, Virtual Probe Receiver 是LeCroy高級信號(hào)完整性分析軟件包 Eye Doctor II中的一種數(shù)學(xué)運(yùn)算功能,能夠補(bǔ)償因?yàn)樘綔y點(diǎn)不合理及芯片寄生參數(shù)造成的反射問題。在分析解決測試著色問題時(shí)可以發(fā)揮很大作用。