高速连接器和背板测试分析及方案

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1、河南省瑞光印务股份有限公司提供高速连接器和背板测试分析及方案随着数字电路工作速度的提高，PCB、连接器、背板上信号的传输速率也越来越高，如HDMI1.3的信号速率达到3.4Gb/s，USB3.0的信号速率已经达到5Gb/s，PCI-EGen3的信号速率更是高达8Gb/s，SATA下一代的信号速率将达到12Gb/s。在较低数据速率时，驱动器和接收机一般是导致信号完整性问题的主要因素。以往人们通常把印刷电路板、连接器、电缆和过孔当成是简单的部件，稍加考虑或者无需考虑其他因素就可以很容易地把它们组成一个系统。现在，从逻辑电

2、平0到逻辑电平1的数据上升时间已不足100ps，如此高速的信号在传输线路上传输时会形成微波传输线效应，这些传输线效应对于信号的影响会更加复杂。很多系统内的物理层有许多线性无源元件，它们会因阻抗不连续而产生反射，或者对于不同频率成分有不同的衰减，因此作为互连的物理层特性检验正变得日益关键。一般用时域分析来描述这些物理层结构的特征，为了获得一个完整的时域信息，必须要测试反射和传输（TDR和TDT）中的阶跃和脉冲响应。随着信号频率的提高，还必须在所有可能的工作模式下进行频域分析，以全面描述物理层结构的特征。S参数模型说明了

3、这些数字电路所展示出的模拟特点，如不连续点反射、频率相关损耗、串扰和EMI等。表1是HDMI对于线缆的阻抗和衰减要求的一个例子：表1HDMI对线缆的阻抗和衰减的要求全面的特性检定包括前项和后向传输和反射、所有可能的工作模式以及频域和时域，表2是进行物理层检定通常要测试的时域和频域参数。表2物理层检定通常需要测试的时域和频域参数传统PCB板的阻抗测试方法不能完全描述信号经过传输线路后的行为特点，因此对于这些高速传输线和连接器的分析也要把时域和频域结合起来，采用更高级的分析方法，其中一种很有效的工具就是物理层测试系统(P

4、LTS)。河南省瑞光印务股份有限公司提供河南省瑞光印务股份有限公司提供PLTS系统的功能物理层测试系统（PLTS）适合用于高速连接器、背板、PCB或电缆的信号完整性分析。如图1所示，PLTS软件引导用户完成硬件设置、校准和数据采集。时域反射计（TDR）和矢量网络分析仪（VNA）都可作为测量引擎，它们各自的校准向导将允许采用先进的校准技术，可去除不需要的测试夹具效应，比如电缆损耗、连接器不连续性和印制电路板材料的介电损耗等。用PLTS器件数据库通过许多有用方法观看器件的性能特性,可用Novel眼图综合引擎完成熟悉的时域

5、分析(TDR和TDT)。对于高速数字标准，例如HDMI和SATA，由于高速数据的快上升时间沿会在背板通道内产生微波传输线效应，所以现在频域分析已处于主导地位,因此我们经常需要测试输入差分插入损耗(SDD21)。PLTS提供的虚拟位图发生器允许把用户定义的二进制序列或标准PRBS与测量数据相卷积而得到眼图。此外，PLTS还使用专利变换算法得到频域和时域数据，正向和反向信号流，以及所有可能工作模式(单端、差分和模式转换)中的传输和反射项。图1用于高速连接器、背板、PCB或电缆的信号完整性分析的物理层测试系统PLTS软件采

6、用专门设计的用户界面，使得设置、校准和测量变得非常直观，尽量避免了人为差错。向导程序会引导用户完成所有要求的步骤，它还会提示用户连接被测器件、启动测量。设置和校准在基于TDR的测试系统与基于VNA的测试系统间略有差异，但是PLTS软件都提供了直观的向导程序，可以协助用户逐步完成操作过程。图2是一个测量的流程：图2物理层测试系统测量流程河南省瑞光印务股份有限公司提供河南省瑞光印务股份有限公司提供测试案例分析确定了背板通道上的各元件后，就可制作和评估原型。在图3所示的测量中，连接器作为背板测试的载体，用PLTS系统测量3

7、种不同长度走线的差分插入损耗(SDD21)。现在，多数数字标准都把该SDD21作为性能的参照指数，可把该参数看成是差分信号沿背板通道传播时的频率响应。衰减量vs.频率是判断性能优劣的好方法。实际上，通道越短，作为频率函数的衰减就越小。图3差分插入损耗测试分析延误高速、高密度PCB板设计上市时间的最大挑战之一是通道间存在串扰(在一个差分通道对与相邻的差分对之间)。当然，差分对内的串扰是非常必要的，我们称之为耦合，这种强耦合提供高共模抑制比(CMRR)，但差分对之间的任何模式转换都将产生串扰。图4表明物理层器件模式转换的

8、实际应用情况。这里示出的是带有两块子卡的XAUI背板，典型数据传输率为3.125Gb/s。该高速差分通道的设计目标是最小化整个通道长度上相邻差分电路板走线间的串扰。从差模到共模的任何模式转换都将产生EMI，并把串扰注入其它通道而使性能下降。对于背板设计来说，有用的调试工具将精确地找出通道内发生模式转换的具体位置。从下图可看到差模至共模转换的时域