硬件测试技术及信号完整性分析.PPT

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Olica Olica 硬件测试技术 信号完整性分析方法 SI简介 信号产生基本原理 信号质量测试方法 信号时序测试方法 示波器基础知识 常见的SI问题 SI分析 信号完整性分析实例 电子设计中的SI问题 建模与仿真 信号完整性的仿真例子 SI简介 SI的重要性 随着高频数字电路的不断发展,SI问题变得越来越引人注目,数字电路的频率越高,出现SI问题的可能性就越大,对设计工程师来说,他的挑战也就越大。很多SI问题实际上都是自然界中的电磁现象,所以SI问题跟EMI/EMC是息息相关的。 SI简介 学习SI的目的 a.什么是典型的信号完整性问题? b.这些问题来自哪里? c.为什么有必要去理解SI问题? d.如何去分析和解决SI问题? e.如何去做SI测试? SI简介 SI的内容 信号完整性它包含两方面的内容,一是独立信号的质量,另一个是时序。我们在电子设计的过程中不得不考虑两个问题:信号有没有按时到达目的地?信号达到目的地后它的质量如何?所以我们做信号完整性分析的目的就是确认高频数字传输的可靠性。 SI简介 理想逻辑电压波形 在数字系统中,信号以逻辑‘0’或者‘1’的方式从一个器件传输到另外一个器件,信号到底是‘0’还是‘1’一般来说它们都是有一个参考电平的。在接收端的输入门里面,如果信号的电压超过高电平参考电压Vih,则该信号被识别为高逻辑;如果信号的电压低于低电平的参考电压Vil,则该信号就被识别为低逻辑。我们下面这个图就是一个理想的信号。 SI简介 理想逻辑电压波形 SI简介 接收端的实际波形 SI简介 数据采样及时序例子 数据越是复杂,里面就包含很多的二进制码,这些二进制码将组成一连串的波形,而不是简单的一个方波。接收端的器件就需要采样这些波形以便获取相关的二进制信息。数字采样的过程通常是通过时钟信号的上升沿或者下降沿来触发的,我们下面这个图就是个简单的例子。 SI简介 数据采样及时序例子 SI简介 数据采样及时序例子 从这个图里面我们可以清楚地看到数据必须准时到达逻辑门而且在接收端期间开始锁存前必须确定它们的逻辑状态。任何数据的延迟或者失真都会导致数据传输的失败。失败有两种可能:一个是因为接收端根本就无法识别数据;另一个是接收端虽然识别了数据,但数据因为失真而导致错误。 SI简介 信号产生基本原理 信号质量测试方法 信号时序测试方法 示波器基础知识 常见的SI问题 SI分析 信号完整性分析实例 电子设计中的SI问题 建模与仿真 信号完整性的仿真例子 信号波形 方波的组成 晶振原理 石英振荡器结构 压电效应 若在石英晶体的两个电极上加一电场,晶片就会产生机械变形。反之,若在晶片的两侧施加机械压力,则在晶片相应的方向上将产生电场,这种物理现象称为压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压,晶片就会产生机械振动,同时晶片的机械振动又会产生交变电场。在一般情况下,晶片机械振动的振幅和交变电场的振幅非常微小,但当外加交变电压的频率为某一特定值时,振幅明显加大,比其他频率下的振幅大得多,这种现象称为压电谐振,它与LC回路的谐振现象十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形状、尺寸等有关。 晶振符号和等效电路 谐振频率 从石英晶体谐振器的等效电路可知,它有两个谐振频率,即(1)当L、C、R支路发生串联谐振时,它的等效阻抗最小(等于R)。串联揩振频率用fs表示,石英晶体对于串联揩振频率fs呈纯阻性,(2)当频率高于fs时L、C、R支路呈感性,可与电容C。发生并联谐振,其并联频率用fd表示。 ????根据石英晶体的等效电路,可定性画出它的电抗—频率特性曲线如上图所示。可见当频率低于串联谐振频率fs或者频率高于并联揩振频率fd时,石英晶体呈容性。仅在fs<f<fd极窄的范围内,石英晶体呈感性。 石英晶体振荡器的类型特点 国际电工委员会(IEC)将石英晶体振荡器分为4类:普通晶体振荡(TCXO),电压控制式晶体振荡器(VCXO),温度补偿式晶体振荡(TCXO),恒温控制式晶体振荡(OCXO)。目前发展中的还有数字补偿式晶体损振荡(DCXO)等。 普通晶体振荡器 普通晶体振荡器(SPXO)可产生10^(-5)~10^(-4)量级的频率精度,标准频率1—100MHZ,频率稳定度是±100ppm。SPXO没有采用任何温度频率补偿措施,价格低廉,通常用作微处理器的时钟器件。封装尺寸范围从21×14×6mm及5×3.2×1.5mm。 电压控制式晶体振荡器 电压控制式晶体振荡器(VCXO)的精度是10^(-6)~10^(-5)量级,频率范围1~30MHz。低容差振荡器的频率稳定度是±50ppm。通常用于锁相环路。封装尺寸14×10×3mm。 温度补偿式晶体振荡器 温度补偿

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