作者丨鼎陽科技 馬烈旭
概述
下一代計(jì)算機(jī)和通信系統(tǒng)將處理每秒幾千兆位的數(shù)據(jù)速率。許多系統(tǒng)將采用超過千兆赫時鐘頻率的處理器和 SERDES 芯片組。
隨著交換機(jī)、路由器、服務(wù)器刀片和存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)設(shè)備向 800 Gbps、1.6Tbps 數(shù)據(jù)速率發(fā)展，新的令人困擾的輸入/輸出問題也隨之出現(xiàn)，為這些系統(tǒng)選擇芯片到芯片、芯片到模塊和背板技術(shù)的數(shù)字設(shè)計(jì)工程師發(fā)現(xiàn)了以前從未遇到過的信號完整性挑戰(zhàn)。
傳統(tǒng)的并行總線拓?fù)湟呀?jīng)耗盡了帶寬。隨著并行總線變得越來越寬，PCB 板上布線的復(fù)雜性和成本急劇增加，數(shù)據(jù)和時鐘線之間不斷增大的偏差在并行總線中越來越難以解決。
解決方案是快速串行通道。較新的串行總線結(jié)構(gòu)已迅速取代了高速數(shù)字系統(tǒng)的并行總線結(jié)構(gòu)，工程師們一直在轉(zhuǎn)向使用多種具有嵌入式時鐘的千兆位串行互連協(xié)議，以實(shí)現(xiàn)簡單布線和每個通道更多帶寬的目標(biāo)。
挑戰(zhàn)
新的串行總線需要提高其數(shù)據(jù)速率。隨著數(shù)據(jù)速率通過串行互連增加，數(shù)據(jù)從邏輯電平0轉(zhuǎn)換到1的上升時間變得更短。這種較短的上升時間會在阻抗不連續(xù)處產(chǎn)生更大的反射，并降低通道末端的眼圖。因此，物理層組件（如印刷電路板走線、連接器、電纜和 IC 封裝）不再被忽略。
為了保持整個通道的信號完整性，工程師們正在放棄單端電路，轉(zhuǎn)而使用差分電路。差分電路提供良好的共模抑制比 (CMRR)，并有助于屏蔽相鄰的 PCB 走線免受串?dāng)_。設(shè)計(jì)合理的差分傳輸線將最大限度地減少模式轉(zhuǎn)換的不良影響，并提高最大數(shù)據(jù)速率吞吐量。但是差分信號之間的測試是不太直觀的。
差分傳輸線與高速數(shù)據(jù)的微波效應(yīng)相結(jié)合，使得數(shù)字設(shè)計(jì)工程師需要新的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工具。通過測量和測量后分析了解信號傳播的基本特性對于當(dāng)今尖端的電信和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言必不可少。傳統(tǒng)的時域反射計(jì) (TDR) 仍然是一種非常有用的工具，但很多時候需要矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 (VNA) 來全面表征物理層組件。工程師們迫切需要一種測試和測量系統(tǒng)，以便能夠簡單地表征高速數(shù)字互連中出現(xiàn)的復(fù)雜微波行為。
許多高速協(xié)議已采用 SDD21 參數(shù)（輸入差分插入損耗）作為確保通道合規(guī)性的必需測量。此參數(shù)表示差分信號在通過高速串行通道傳播時的頻率響應(yīng)。
解決方案
鼎陽科技矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀SNA5000/6000系列配備開關(guān)矩陣SSM5000A系列開關(guān)矩陣，可以實(shí)現(xiàn)最多24端口的擴(kuò)展。
配合TDR選件或TDA選件，能實(shí)現(xiàn)多端口線束、高速PCB時域反射、特性阻抗、混合模S參數(shù)等多種參數(shù)的高速、精確測量。
圖1 鼎陽矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀SNA6000系列配備開關(guān)矩陣SSM5000A開關(guān)矩陣實(shí)現(xiàn)24端口擴(kuò)展
SSM5000A系列開關(guān)矩陣可以通過USB線纜和網(wǎng)絡(luò)分析儀SNA5000/6000連接，實(shí)現(xiàn)“內(nèi)生”的端口擴(kuò)展，即在SNA5000/6000的主界面上能直接調(diào)出開關(guān)矩陣的端口，例如直接測試S24,23（端口23到24的傳輸）。并且可以使用鼎陽4端口電子校準(zhǔn)件快速校準(zhǔn)（圖2）。
圖2 多端口電子校準(zhǔn)件的校準(zhǔn)向?qū)?
SSM5000A可以把任意兩個下級端口和網(wǎng)分的端口連接，即可實(shí)現(xiàn)任意Sxx、Sxy參數(shù)的測量。
鼎陽SNA5000/6000矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀提供TDR和TDA兩種時域測試選件，TDR增強(qiáng)型時域反射測量采用向?qū)讲僮鳎焖賹?shí)現(xiàn)傳輸線特性阻抗測量（圖3），內(nèi)嵌方便的Deskew功能，快速消除夾具、探頭等影響。
在TDT（時域傳輸測試）模式下，可以生成“理想”高速數(shù)字信號經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)之后的眼圖（圖3），并可以支持?jǐn)?shù)據(jù)的預(yù)加重、均衡和抖動注入。TDR適合研發(fā)和生成測試。
圖3 使用鼎陽矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀SNA6000/6000的TDR選件方便的測試傳輸線特性阻抗
圖4 TDT模式下的眼圖測試
TDA是更精簡高效（價格也略低）的時域測試，能實(shí)現(xiàn)特性阻抗等測試，可以同時顯示時域和頻域測試結(jié)果，但是不能生成眼圖。而TDA選件目前能完整的支持SSM5000A系列開關(guān)矩陣，實(shí)現(xiàn)多端口的線纜、線束、PCB板測試。適合于生產(chǎn)線的大批量測試。
圖5 TDA模式下的特性阻抗測試
小結(jié)
面對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶魬?zhàn)，工程師們不斷探索新的技術(shù)路徑，如差分電路與千兆位串行互連，以克服傳統(tǒng)并行總線的局限。借助鼎陽科技矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀SNA5000/6000系列配備開關(guān)矩陣SSM5000A系列開關(guān)矩陣進(jìn)行測量及校準(zhǔn)，搭配時域測試選件，即可應(yīng)對復(fù)雜的測試需求，以確保高速數(shù)字互連的性能與可靠性。
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SIGLENT
深圳市鼎陽科技股份有限公司（簡稱“鼎陽科技”，股票代碼：688112）是國家重點(diǎn)“小巨人”企業(yè)，是全球極少數(shù)具有數(shù)字示波器、信號發(fā)生器、頻譜分析儀和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀四大通用電子測試測量儀器主力產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)和銷售能力的通用電子測試測量儀器企業(yè)，同時也是國內(nèi)極少數(shù)同時擁有這四大主力產(chǎn)品并且四大主力產(chǎn)品全線進(jìn)入高端領(lǐng)域的企業(yè)。公司總部位于深圳，在美國克利夫蘭、德國奧格斯堡和日本東京成立了子公司，在成都成立了分公司，在北京、上海、西安、武漢、南京設(shè)立了辦事處，產(chǎn)品及服務(wù)遠(yuǎn)銷全球80多個國家及地區(qū)。
鼎陽硬件智庫
鼎陽硬件設(shè)計(jì)與測試智庫（簡稱鼎陽硬件智庫）由深圳市鼎陽科技股份有限公司領(lǐng)銜創(chuàng)辦，是中國第一家“智力眾籌”模式的硬件智庫。
鼎陽硬件智庫順時順勢，倡導(dǎo)“連接-分享-協(xié)作-創(chuàng)造”的理念，高舉志愿者服務(wù)的大旗，相信互聯(lián)網(wǎng)是“愛”的大本營，相信人們都有發(fā)自內(nèi)心分享的愿望。
鼎陽硬件智庫選擇硬件領(lǐng)域最普遍的七類問題：電源，時鐘，DDR，低速總線，高速總線，EMC，測試測量進(jìn)行聚焦。尋找“最針尖”的問題進(jìn)行研討，針對“最針尖”的問題組織專家答疑，將硬件大師積累的寶貴知識和經(jīng)驗(yàn)變成公眾財富，惠及更多硬件人。
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