最近的信号测试中,出现了“双眼皮”的眼图测试效果,直觉告诉我,这肯定是有问题的,于是,脑海中就出现了很多的场景假设,并将可能的导致因素总结如下:
1. PCB通道阻抗设计不匹配,负载端出现严重反射;
2. 发射端采用了不当的信号预处理;
3. 接收器均衡处理不当;
4. 通道串扰严重...
基于以上的假设,本文就逐一分析下这些因素到底是如何对正常的信号眼图造成影响的。
终端端接阻抗不匹配导致的异常眼图,这种现象较为常见,因为PCB工艺、设计偏差等因素,传输线阻抗与负载端接阻抗经常会产生差异,这种差异会带来不同的信号反射效果,以一段差模特性阻抗为80欧姆的传输线设计为例,当负载端接阻抗同为80欧姆时,可以观察到,信号波形和眼图均呈现最好的状态,此时,不会由于信号反射带来明显的噪声干扰。
当负载端接阻抗>传输线特性阻抗时,在接收端的信号会产生正向反射,从而导致信号电平抬升,造成如下图所示的“双眼皮”眼图效果;
当负载端接阻抗<传输线特性阻抗时,在接收端的信号会产生负向反射,从而导致信号电平降低,造成如下图所示的“双眼皮”眼图效果;
上述两种不匹配的情况,如果不仔细进行观察,很容易产生混淆,因此,设计时需要多加注意。
发射端经常出现的情况是,为了限制信号的边沿转换速率或者出于其它的设计考虑,会在传输线中靠近驱动芯片的位置放置串联电阻,电阻的阻值一般不会特别大,但对于信号幅度却会造成明显的影响,如下图所示,20欧姆串联电阻的使用导致信号幅度由原设计的±200mV削减到了±100mV,但不会产生“双眼皮”眼图效果。
除线路本身的设计因素以外,数据的预处理和后处理也会对眼图产生影响。
预处理主要针对驱动端信号进行发射前的处理,常规的方法包括:预加重和去加重,而实际中,预加重功能并不常用,因为一旦处理不当,就会给系统带来额外的高频噪声,相对而言,去加重的使用场景更多,如下图所示,当去加重配置1dB的衰减时,信号产生了较为明显的电压跌幅,并伴随着“双眼皮”眼图效果。
后处理主要针对接收端信号进行接收后的处理,常规的方法包括:CTLE、FFE、DFE等,相对于FFE和DFE复杂的处理过程,CTLE更为简单,在一些低成本的应用中,会被广泛采用,并且支持手动配置,但是,如果配置不当,依然会带来较为严重的问题,如下图所示,参考了USB3 Gen2 3dB的配置方案,由于CTLE主要用于补偿传输通道对高频信号成分的插入损耗,因此补偿过量时,可以观察到信号严重失真,电压幅度被过分抬升,并同样伴随着“双眼皮”眼图效果。
除此之外,人为因素同样会导致眼图异常的产生,比如焊接过程中造成的通道短路、供电不稳、纹波大等,如下图所示,为模拟的通道短路情况下,所产生的“双眼皮”眼图效果,这种情况在布局紧密的PCB中进行探头前端焊接时经常发生,因此,需要格外注意。
回到文章开始时的测试问题,小编所遇到的,恰恰就是这最后一种情况--由于焊接处理不当所导致的通道短路,因此,在分析、猜测、争论了一大圈后,以满堂哄笑而收场,着实有些尴尬,这也提示了工程师在测试工作中一定要把认真对待每一个环节,要做到慎之又慎!