搞硬體的我們為什麼要測訊號

2021-10-05 17:45:12 字數 2064 閱讀 3465

作為搞硬體的,電腦前,會個cadence、dxdesigner啥的是基本的(畫起圖來感覺自己就是個藝術家);面對硬邦邦的板子,會個示波器、萬用表、烙鐵也是基本的。貼合主題,這裡主要說說用示波器測試訊號,因為理論與現實的差距,測出來的訊號一般千奇百怪,雖然說訊號測試也僅供參考,但是搞硬體我們得嚴謹,起碼在我們認知範圍內盡量把訊號的狀態還原出來(對,我覺得我的認知還沒有昇華到下一層次,不然這種問題還不是分分鐘解決,還要思考啥)。

一般就兩類:

訊號質量:主要是vih、vil、overshoot、undershoot、單調性,對於時鐘訊號一般還有頻率、占空比、rise & fall、持續時間等;

訊號時序:主要是建立與保持時間,具體還看器件或者協議的要求;

對於訊號質量,拿vih(判決為1的最低輸入高電平)來打比方,當訊號電平低於vih的時候,ic它就不認為你輸入的是高電平,就好比滑鼠失靈直接送塔;

對於訊號時序,拿建立時間來說,假定ic為時鐘上公升沿取樣,訊號從0變為1,那麼在時鐘上公升沿到來之前,訊號必須要提前變為1,ic才可能採集到這個1訊號,不然ic就認為訊號沒有變化,還是0,模擬天賦沒儲存就進了遊戲。

既然如此,那我們就需要確認一下看看我們訊號的質量與時序是否是達標的。

首先,得先去看看器件手冊(datasheet),我們得知道這個器件對訊號有啥要求,客戶需求我們得了解,有些客戶不清楚自己的需求,那咋辦呢?不能不搞了,那就按照業界標準來一套吧(協議),生意還得做呀。

來看看這第三個波形,都有些啥:上公升下降沿不單調,過衝下衝,回沖,這還僅僅是訊號質量。

這裡要澄清一點,是問題,那就是問題,這是無法避免的,如果發現不管如何變更測試方法測出來的波形還是這樣。嗯,能醫就醫,醫不了那就只能盡量想辦法減輕影響,看看是否接受風險,接受的話那就加大樣本量,加長測試時間,接受不了那就改板吧。

校準測之前對示波器和探頭進行校準,動作必須,不校準的話可能有啥影響?比如下面:

頻寬這裡頻寬不僅僅指訊號頻率,還要關注它的上公升與下降時間,有些頻率很低的訊號但是上公升和下降沿很陡(數碼訊號邊沿高頻分量佔比很大),低速訊號有時候也會有很嚴重的反射就是這個情況。一般選擇測量探頭&示波器頻寬大於訊號頻率(或邊沿變化頻率)的5倍(經驗值,以後有時間再整理)。

無源和有源探頭

現在無源探頭頻寬也能做得比較大了,但是同樣是1ghz的有源探頭和無源探頭,測出來的波形依舊存在差別。

無源探頭:測訊號幅值比較準,因為阻抗大,對鏈路的影響小;由於寄生電容比較大,所以測出來的訊號邊沿會更緩一點;一般無源探頭會自帶接地線,比較長,測量的時候容易引入干擾,如下:

有源探頭:一般現在好的有源探頭測幅值也還算準的(沒具體研究過,一般來說測出來的幅值會偏低,但是確實有些有源探頭不會有這種情況,可能是探頭本身內部存在補償,又或者示波器內部有補償);寄生電容小,對於訊號邊沿的還原比較好;地環路小,干擾小。

源端與末端

訊號分別在源端和末端測量會有啥差別?一般情況如下所示:

所以在測量訊號時序的時候我們會強調在訊號末端測量。對於區分讀寫的訊號,會經常遇到乙個問題,參考時鐘是由主器件發出來的,但是在讀操作的時候,資料是從從器件發出來的,這種時候該如何測量。

1)都在從器件端測量,時鐘訊號是準確的,但是資料會有反射,並且時鐘訊號是從主器件傳送到從器件後才被探頭捕獲到,存在鏈路延時,而資料訊號是從器件發出後直接**獲,沒有鏈路延時。這會導致資料時序偏早,而時鐘的時序偏晚,時序測不准;

2)都在主器件端測量,從鏈路延時的角度來看,這種測法是ok的,但是由於時鐘訊號是在源端測量,所以時鐘訊號會受到反射的影響,會導致示波器卡不准,一般選取回勾出現前的邊沿作為時序測量點,但是實際並不太好操作(波形會很挫);

3)其實如果裕量比較大的話,第二種方法也就差不多了,但是有時候確實想要更精確的資料,該怎麼處理,這個時候可以用skew,將傳輸線延時給測出來,然後訊號我分別就在末端測量,再把傳輸線延時給加上或減去就好了。

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