項目背景
項目為一個云端運算的產(chǎn)品，所有的高速和低速信號都要進(jìn)行信號完整性測試，其中包括高速串行信號PCI-Express Gen1( 簡稱PCIe Gen1)。PCIe Gen1信號分為CEM和base兩種情況，CEM的測試可以使用 PCI-sig協(xié)會的fixture直接進(jìn)行測試；base的測試直接使用探頭探測最終端的測試點，這樣就會帶來一個問題，如何才能測試到芯片的的最終端？因為，信號的互連通道不僅僅包含了PCB走線，還包含了芯片內(nèi)部的布線，一般我們認(rèn)為測量到芯片內(nèi)部的Die才算最終端。
該項目的PCIE 1.0是屬于PCIe base的，互連CPU與以太網(wǎng)PHY，如下圖1所示：
圖1 原理框圖
所以測試的時候，需要將probe探測到最終端，但是對于目前示波器測試而言，都只能測試到芯片的引腳上，沒有辦法探測到最終端的Die上，如下圖2所示。
圖2 測試點只能探測到芯片的管腳
測試設(shè)備：示波器（16GHz），測試探頭（16GHz），萬用表，烙鐵，校準(zhǔn)板，網(wǎng)絡(luò)分析儀（帶TDR選件）分析軟件：Intel Sigtest
問題描述以及分析
在測試接收端（RX）的信號時，以太網(wǎng)PHY發(fā)送信號，測試點選在CPU BGA下方的過孔上，信號沒有任何問題，眼圖和jitter都能滿足PCI-sig協(xié)會規(guī)范。測試發(fā)送端（TX）時，CPU發(fā)送信號，以太網(wǎng)PHY是接收端，由于PHY芯片封裝是QFP的，所以探頭點在引腳上。得到測試波形后，在分析軟件中分析波形，能通過眼圖模板測試規(guī)范，但是發(fā)現(xiàn)jitter過不了規(guī)范，重復(fù)幾次測試都是如此。再校準(zhǔn)示波器和測試探頭再測試，依然如此。每次得到的結(jié)果如下圖3所示：
圖3 眼圖和jitter測試
結(jié)果顯示fail，而且是jitter fail。 jitter的問題一般都是比較麻煩的。從眼圖上看，眼圖的軌跡很稀松，也不是很光滑。將示波器的原始波形展開放大觀察，發(fā)現(xiàn)信號在上升和下降沿上出現(xiàn)了非單調(diào)的現(xiàn)象，對比眼圖，正好能對應(yīng)上眼圖的交叉點處，如下圖4所示。
圖4 測試波形圖
一般非單調(diào)是因為阻抗不連續(xù)造成的。在PCB生產(chǎn)完成之后，我們對高速信號進(jìn)行了阻抗的測試，對應(yīng)的阻抗如下圖5所示：
圖5 阻抗測試曲線
上圖所示，這是使用網(wǎng)絡(luò)分析儀的TDR軟件測試得到的結(jié)果，信號線的設(shè)計阻抗為85ohm，有上圖5紅色框曲線所示，測試阻抗都能滿足在85ohm +/-10以內(nèi)的設(shè)計要求，可以認(rèn)為其阻抗一致性比較好。不存在信號線阻抗突變的問題。如果阻抗沒有突變，一般在測試時出現(xiàn)這種非單調(diào)的情況，大多時候都是由于測試不在最終端所造成的（當(dāng)然，最終端的die達(dá)不到，那么至少要求stub最短）。項目使用的以太網(wǎng) PHY封裝如下圖6所示：
圖6 芯片封裝
這種封裝，很多時候其芯片內(nèi)部走線比較長，那么在測試的時候，其探測點在芯片的引腳上，那么內(nèi)部的走線就是一段stub，顯然，這一段stub很長，由于stub的作用，很可能最終導(dǎo)致其測試時信號波形出現(xiàn)非單調(diào)。進(jìn)而影響眼圖、jitter等信號完整性的表現(xiàn)。解決方案
分析了相關(guān)的原因后，懷疑就是在測試時芯片內(nèi)部的走線形成了stub，那么在測試把芯片去掉，在PCIE信號兩個引腳上分別焊接上50ohm的端接電阻，類似PCIE CEM的測試一樣，探頭連接在電阻端進(jìn)行測試，這樣就不會存在stub，如果信號波形是好的，都能滿足眼圖、jitter等性能指標(biāo)，那么懷疑是芯片內(nèi)部的走線引起的stub導(dǎo)致的反射，這就是成立的，這樣的情況可以認(rèn)為PCIe的互連通道的信號完整性能滿足產(chǎn)品和規(guī)范的要求。
芯片去掉之后，端接上電阻，得到眼圖和jitter分析結(jié)果如下圖7所示：
圖7 改變后測試眼圖和jitter測試
下圖8是端接后展開的波形，在上升和下降沿處都沒有觀察到非單調(diào)性。
圖8 改變后測試波形圖
綜上所述，此處PCIe Gen1測試信號完整性fail的問題是由于測試點不在最終端測試所造成的結(jié)果，可以推斷此PCIe互連通道的信號完整性沒有問題。如果其它的測試遇到這樣的情況也是一樣，特別是一些項目的芯片很大，像FPGA那樣的，如果需要測試的信號線其能探測的測試點離最終端（Die）比較遠(yuǎn)，在測試的時候又出現(xiàn)了問題，這個時候就需要考慮是否是由于測試點不在最終端（或最靠近最終端）造成的。
