带有预加重和均衡的高速信号测量

二、典型的高速信号设计的主要步骤

由于当前工艺水平越来越高，信号速率高于5Gbps的信号标准已经越来越多，如PCIE2.0达到5Gbps，8Gbps的PCIE3.0标准也可能很快就会推出；USB3.0达到5Gbps，SATAIII达到6Gbps等等。信号速率的进一步提高对电路设计工程师也提出了更多严格的要求；

一个典型的硬件系统设计流程大概包括五个步骤：即总体方案设计：主要完成系统的功能框图、原理图设计：主要完成系统内各功能模块的详细电气连接图、PCB设计：主要完成系统内各功能模块的电气连接图、加工PCB版图为尚无元器件的实际单板、最后焊接好元器件进行功能信号等的调试和测试，如图4所示。

在过去低速系统中，通常只在硬件系统设计流程的最后一步进行测试验证来保证达到基本功能要求。而对于高速系统来说，要求会大大不同，第一个不同是需要在设计的更早阶段就要进行信号质量的分析，通常在硬件系统设计流程的第三步即已经完成PCB版图设计但尚未投板之前就进行严格的信号完整性分析；第二个不同是不仅仅是需要满足功能测试的要求，而且是每个高速信号在满足要求之外还需要较大的余量，以确保高速信号乃至整个系统的高可靠性。对于5Gbps以上的信号，还有个不同是有些标准中已经明确提出需要对接收端的进行容限测试，如USB3.0，而以往接收端测试只是选项测试。

三、典型的高速背板系统及其主要设计调试流程

下面我们以一个高速背板系统为例来说明下高速系统的设计流程。如图5所示为一个典型的由两个线卡加上一块高速背板构成的高速信号传输系统。我们看到，图最下方的为带有高速接插件的背板，通过接插件在左右各有两个线卡(line card)插在背板上，左边的线卡上有高速信号发送芯片，右边的线卡上有高速信号接收芯片，如图中红色线所示，高速信号从左边子卡上的发送端芯片发出，经过线卡上的传输线、接插件、背板上的走线、接插件、线卡上的传输线到达芯片接收端。子卡上的高速信号走线通常比较短，对信号的影响很小；背板上的走线都比较长，对信号影响最大，背板面积通常都比较大，生产成本也比较高，所以对于这样一个系统来说，背板设计的成败将至关重要；这样一个系统设计的主要挑战在于如何有效的解决背板传输线对信号质量的影响（如阻抗不连续带来的反射问题、走线过长带来的信号幅度过度衰减问题、高速信号的ISI问题、板间连接处的阻抗连续性问题）。当然选择好芯片、接插件、PCB板材等也是很重要的因素。此类问题都可以通过仿真方法与测试方法相结合来更好的解决。

将上页的高速背板系统作一个等效的模型，如图6所示，由于线卡上走线较短，所以我们把发送端和接收端线卡简化，以发送端Transmitter和接收端Receiver表示，通常发送端带有预加重，接收端带有均衡；背板上的长传输线主要用于传输信号，通常称为信道，即传输信号的通道，在SI类的文献中也称为互连，可以用S参数模型来等效其信道的响应。S参数模型可以通过VNA测试或者电磁场、CAD等仿真软件仿真得到。