旗子暗记质量测试规范

择要：本规范详细解释了单板旗子暗记质量测试的方法。

个中包括各种旗子暗记波形参数的定义，进行旗子暗记质量测试的条件，覆盖范围，合格标准，旗子暗记分类，各种旗子暗记波形参数的指标，测试点的选择以及测试结果剖析重点。

缩略语清单：

SI Signal Integrity 旗子暗记完全性

TTL Transistor-Transistor Logic 晶体管-晶体管逻辑

CMOS Complementary Metal Oxide Semicondutor 互补金属氧化物半导体

LVTTL Low Voltage TTL 低电压ＴＴＬ

LVCMOS Low Voltage CMOS 低电压ＣＭＯＳ

ECL Emitter Coupled Logic 发射极耦合逻辑

PECL Pseudo/Positive Emitter Coupled Logic 伪发射极耦合逻辑

LVDS Low Voltage Differential Signaling 低电压差分旗子暗记

GTL Gunning Transceiver Logic 射电收发逻辑

HSTL High-Speed Transceiver Logic 高速收发器逻辑

eHSTL Enhanced High-Speed Transceiver Logic 增强高速收发器逻辑

dHSTL Differential HSTL 差分HSTL

SSTL Stub Series-terminated Logic 线脚系列终端逻辑

SPI Serial Peripheral Interface 串行外围接口

I2C Inter Integrated Circuit Bus 内部集成电路总线

USB Universal Serial Bus 通用串行总线

1、弁言

《旗子暗记质量测试规范》是为了规范和辅导硬件调试、硬件测试以及生产测试时旗子暗记质量测试方法及手段，在总结长期实际事情履历的根本上制订的。

2、适用范围

本规范作为研发、中试进行旗子暗记质量测试的共同标准。

本规范适用所有数字旗子暗记的调试、测试过程。
测试时应覆盖各个功能模块，包括电源、时钟、复位电路、CPU最小系统、外部接口（E1、网口、串口等等）、逻辑芯片(CPLD/FPGA)、专用电路等等。

仿照电路由于其旗子暗记的连续变革性，不能直接应用本规范，可酌情参考。

本文档不包括的内容：非旗子暗记质量测试内容。
例如不适用于部分硬件接口指标测试，系统硬件规格测试、环境测试、EMC测试、安规测试、防护测试、振动测试等。

3、旗子暗记质量测试概述

3.1 旗子暗记完全性的观点

现在的高速数字系统的时钟频率可能高达数百兆Hz，其快斜率瞬变和极高的事情频率，以及很大的电路密集度，必将使得系统表现出与低速设计截然不同的行为，涌现了旗子暗记完全性问题。
毁坏了旗子暗记完全性将直接导致旗子暗记失落真、定时缺点，以及产生禁绝确数据、地址和掌握旗子暗记，从而造成系统误工作甚至导致系统崩溃。
因此，旗子暗记完全性问题已经越来越引起高速数字电路设计职员的关注。

如果电路中旗子暗记能够以哀求的时序、持续韶光和电压幅度到达IC，则该电路具有较好的旗子暗记完全性。
反之，当旗子暗记不能正常相应时，就涌现了旗子暗记完全性问题。
SI（Signal Integrity）办理的是旗子暗记传输过程中的质量问题，尤其是在高速领域，数字旗子暗记的传输不能只考虑逻辑上的实现，物理实现中数字器件开关行为的仿照效果每每成为设计成败的关键。

3.2 旗子暗记质量

常见的旗子暗记质量问题表现不才面几个方面：

6) 产生旗子暗记质量问题的其它缘故原由：

串扰

串扰表现为在一根旗子暗记线上有旗子暗记通过时，在PCB板上与之相邻的旗子暗记线上

就会感应出干系的旗子暗记，我们称之为串扰。

窜扰的表现形式常日是毛刺。

旗子暗记线间隔地线越近，线间距越大，产生的串扰旗子暗记越小。
异步旗子暗记和时钟

旗子暗记更随意马虎产生串扰。
因此解串扰的方法是移开拓生串扰的旗子暗记或屏蔽被严重滋扰的旗子暗记。

电磁辐射

EMI(Electro-Magnetic Interference)即电磁滋扰，产生的问题包含过量的

电磁辐射及对电磁辐射的敏感性两方面。
EMI表现为当数字系统加电运行时，会对周围环境辐射电磁波，从而滋扰周围环境中电子设备的正常事情。
它产生的紧张缘故原由是电路事情频率太高以及布局布线不合理。
目前已有进行EMI仿真的软件工具，但EMI仿真器都很昂贵，仿真参数和边界条件设置又很困难，这将直接影响仿真结果的准确性和实用性。
最常日的做法是将掌握EMI的各项设计规则运用在设计的每一环节，实现在设计各环节上的规则驱动和掌握。

4、旗子暗记质量测试条件

4.3 示波器选择与利用哀求：

1) 丈量前担保测试仪器（仪表）和被测单板或系统共地。
如果不共地，地线浮空，可能会得到缺点的测试结果。
接地内容参考第8节“测试系统接地解释”；

2) 丈量前须要校准仪器；

3) 为确保测试数据的精度，应只管即便采取高输入阻抗、小电容值、高带宽的有源探头和高带宽的示波器；

4) 示波器的带宽：描述了示波器固有的上升韶光（即时延）。
探头和示波器的带宽要超过旗子暗记带宽的3~5倍以上；

5) 示波器的采样速率：表示为样点数每秒（S/s），指数字示波器对旗子暗记采样的频率。
为了准确再现旗子暗记，根据喷鼻香农（Shannon）定律，示波器的采样速率至少需为旗子暗记最高频率身分的2倍；

6) 量程应只管即便小，波形只管即便展开，以方便不雅观察波形变革的细节，并准确丈量其幅值；

7) 丈量旗子暗记边沿时，应选用得当的边沿触发；

8) 高档示波器都具有毛刺捕捉模式，可以用于捕捉毛刺；

9) Tek示波器供应了InstaVu功能，用于创造旗子暗记非常，数据旗子暗记眼图非常及高电平低电平毛刺，丈量眼图，毛刺、纹波等瞬间变革的波形；

4.4 探头选择与利用哀求

1) 不许可在探头还连接着被测试电路时插拔探头；

2) 有源探头和差分探头、电流探头等是很昂贵的设备，把稳保护。
插拔探头时必须先关示波器。
无源探头一样平常没有硬性规定，但是出于可靠考虑，建议所有探头都不能热拔插，拔插任何探头时都必须先关闭示波器；

3) 探头地线只能接电路板上的地线，不可以搭接在电路板的正、负电源端。
否则，可能会造成电路板器件破坏，乃至会烧坏探头的小夹子和探头本身；

4) 探头电容越小，它对电路的负载就越小，测试结果就更精确。
选用时请根据情形仔细考虑；

5) 探头是有丈量幅度的，不要用于测大旗子暗记，以免造成探头破坏。
例如：旗子暗记幅度超过40V时，用有源探头P6245和P6243丈量会造成探头的破坏；

6) 差分探头能够丈量的差分电压范围是有限的。
例如，差分探头P6247，其上的开关打在10档位时，能测的差分电压范围是8.5V，打在1档位时只有850mV。
差分旗子暗记峰峰值超过850mV时（比如测公司常用的平衡线传输旗子暗记5V），要把稳选用10档，否则会因输入过大而使显示的波形发生缺点；

7) 利用电流探头需先校准。
每测试一个旗子暗记都须要校准一次；

8) 利用时，探针只管即便垂直于测试表面。
但不可用力按压，以免探针受损；

4.5 测试点的选择

1） 一样平常只测试单板吸收到的旗子暗记，不测试发送的旗子暗记；

2） 旗子暗记质量测试点哀求在旗子暗记在末端丈量（根据当前旗子暗记流向决定测试点）。
只管即便在芯片的输入管脚上丈量，或者只管即便靠近输入管脚；

3） 很多旗子暗记在单板上会经由多级匹配、驱动，对此类输入旗子暗记的测试点应选在匹配之后，芯片输入端。
建议各级驱动芯片的输入端都丈量；

4） 对付同一个旗子暗记在不同的拓朴点上的情形（例如星形拓扑），其旗子暗记质量差异很大，故一样平常哀求所有输入点的旗子暗记质量必须进行测试；

5） 测试旗子暗记应就近接地，越近越好，以减少接地环路面积；

5、旗子暗记质量测试通用标准

5.1 旗子暗记电平简述：

旗子暗记质量涉及到的几个观点：

波形周期对付重复性的波形，相邻两个重复波形间的间隔韶光，定义为波形周

期，其倒数为波形频率。

波形宽度波形电压上升到波形幅度的50%起到波形电压低落到波形幅度的50%

止的韶光。

上升韶光波形电压从波形幅度的10%上升到90%所须要的韶光。

低落韶光波形电压从波形幅度的90%低落到10%所须要的韶光。

占空比指波形宽度占周期的比例，例如方波的占空比为50%。

高电平为一个阀值，当旗子暗记电平超过此值时，会被认为为高，也便是‘1’，

在运用中，有输入输出之分。

低电平为一个阀值，当旗子暗记电平低过此值时，会被认为为低，也便是‘0’，

在运用中也有输入输出之分。

输入高电平

（VIH）

担保逻辑门的输入为高电平时所许可的最小输入高电平，当输入电平

高于VIH时，则认为输入电平为高电平。

输入低电平

（VIL）

担保逻辑门的输入为低电平时所许可的最大输入低电平，当输入电平

低于VIL时，则认为输入电平为低电平。

输出高电平

（VOH）

担保逻辑门的输出为高电平时的输出电平的最小值，逻辑门的输出为

高电平时的电平值都必须大于此VOH。

输出低电平

（VOL）

担保逻辑门的输出为低电平时的输出电平的最大值，逻辑门的输出为

低电平时的电平值都必须小于此VOL。

阀值电平

（VT）

数字电路芯片都存在一个阈值电平，便是电路刚刚勉强能翻转作时的

电平。
它是一个界于VIL、VIH之间的电压值。
对付CMOS电路的阈值

电平，基本上是二分之一的电源电压值。
但要担保稳定的输出，则必

必要求输入高电平> VIH，输入低电平<VIL，而如果输入电平在阈值

高下，也便是VIL～VIH这个区域，电路的输出会处于不稳定状态。

[注] 对付一样平常的逻辑电平，以上参数的关系如下：VOH > VIH > VT > VIL > VOL。

5.2 合格标准

5.3 旗子暗记质量测试结果剖析把稳事变

1） 对设计毛病的窄脉冲（如逻辑设计毛病）等，不属于旗子暗记质量哀求范围，而属于设计缺点，必须进行更正；

2） 参照旗子暗记的用场，剖析旗子暗记质量对单板的影响。

一些情形下差的旗子暗记质量不一定会对系统造成影响的，不能纯挚参照指标。
比如数据、地址线是电平有效旗子暗记，并且常日在读写掌握旗子暗记的上升/低落采样，边沿处旗子暗记质量对系统影响不大。
因此在选择我们关注的测试指标时要按需求选择。
但是也应该指出，边沿处的过冲虽然对系统的功能实现可能没有影响，可是会对器件的寿命造成不良影响。

3） 酌情考虑输入旗子暗记的过冲对器件的影响，视器件本身的设计，工艺而定。

现在的CMOS工艺的输入电平可达0～7V，以是高电平过冲对器件的影响较小，紧张该当关注低电平过冲。
器件功能涌现非常可能不仅与低电平过冲的幅度有关，还与低电平过冲的韶光宽度有关。
对CMOS器件尤其要把稳其低电平过冲的影响，可能造成闩锁征象。
对付不同的器件，对低电平哀求应符合厂家规定的absolute maximum rating 的哀求。

4） 旗子暗记波形不标准时可能是该旗子暗记处于三态，或单板在此时并不该用该旗子暗记，对此类旗子暗记要把稳剖析此旗子暗记是否为有效期间，如果在无效期间可视其为正常旗子暗记。

6、旗子暗记质量测试方法

6.1 电源旗子暗记质量测试

6.1.1 简述

电源本身有各种参数，在和产品合营利用时必须关注电源在实际事情过程的每一个输出参数是否符合哀求。
单独的电源参数，以及电源在与产品合营事情时参数是常常不一样的，我们必须在实际运用中对电源的每一个关键参数进行详细测试，从而担保产品（系统）的正常事情。

这里谈论的是和电源事情时输出旗子暗记参数的测试方法和哀求。

6.1.2 测试项目

1) 测试电压值（精度）

2) 测试电源噪声/纹波

3) 测试电压高下电波形

4) 丈量缓启动电路参数

5) 测试电源电流和冲击电流

6) 测试电源告警旗子暗记

7) 测试冗余电源的均流参数

6.1.3 测试方法

1） 测试电压值（精度）

测试仪器万用表（或示波器+无源探头）

测试方法以测试芯片前真个输入电压为例（直流），测试工具：万用表（或示

6.1.3 测试方法

1） 测试电压值（精度）

测试仪器万用表（或示波器+无源探头）

测试方法以测试芯片前真个输入电压为例（直流），测试工具：万用表（或示

波器）。
用万用表的黑表笔（或示波器探头的接地线）连接被测试电源的地，红表笔（或示波器探头的探针）连接被测试电压。
电压精度须要在单板空载、满载的时候分别进行测试。
测试点1）电源（DC/DC、LDO等）的电压输出管脚；

2）芯片的电源管脚；

合格标准一样平常在标称电压值5%范围内。
根据芯片的电压哀求来确定。

把稳事变1）确保数字万用表电池电量充足，否则丈量结果有较大偏差；

2）不推举利用示波器丈量电压精度，由于会存在偏差。
万一要利用示

波器丈量电压精度，须要设置为直流并且取均方根值；

2） 测试电源噪声/纹波

定义纹波：是涌如今输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的身分，

用有效值表示，一样平常在输出电压的0.5%以下；噪声：是涌如今输出端子间的纹波以外的一种高频身分，也用峰-峰（peak to peak）值表示，一样平常在输出电压的1%以下；纹波噪声：是上述“纹波”、“噪声”二者的合成，用峰-峰（peak to peak）值表示，哀求一样平常在输出电压的2%以下。
测试仪器 示测波试器仪。
器推举用仿照示波器。
如果没有仿照示波器，也只管即便利用无源

探头。

测试方法

1. 采取地线环靠接丈量法，即所谓靠接丈量。
示波器设置带宽

（bandwidth）为20MHz，直流偏置电压（offset）为上面电压精度测

量值。
利用带有地线环的探头，将探针直接打仗电源管脚，地线环

直接打仗负输出的管脚。
这样从示波器中读出的峰峰值为输出线上

的纹波；

2. 把示波器带宽设置玉成带宽（Full），测试结果即为纹波噪声值；

3. 纹波和噪声该当是在单板满载、空载时都进行测试。

测试点电源、芯片的电源管脚。

合格标准

详细合格标准参考芯片的哀求。
中试部给出的合格标准（考虑到我们的

测试情形，相对定义略有放宽）：

1）一样平常哀求纹波< 输出电压的1%（在20MHz带宽下测试，结果可视

为纯挚的纹波）；

2）一样平常哀求纹波噪声< 输出电压的2%（在全带宽下测试，结果可视

为纹波+噪声）。

把稳事变1）丈量时探头只管即便选用无源探头；

2）就近原则，探头地线接离测试电源最近的地。
且地环线只管即便短；

3）纹波请只管即便展开成如下图形，最好记录其频率，便于剖析。

3） 测试电压高下电波形

测试仪器示波器

测试方法将示波器探头连接到被测电压，示波器设为上升沿或者低落沿触发，

然后开关电源，通过示波器不雅观察电源高下电波形。
测试时的原则便是

选取适当的韶光宽度能够在示波器上显示一个完全的上电波形，又要

能够将波形问题显示出来。

测试点常日须要测试下面两种高下电波形：

1） 丈量芯片的电源管脚高下电波形：芯片的电源管脚；

2） 丈量单板/系统高下电对其它单板/系统的影响：系统电源。

合格标准1） 在电源输出端测试，电压高下电过冲一样平常哀求不超过被测电压的

10％。
在芯片前端测试时，可参考电平通用标准；

2） 电源上电时电压不得有很大的跌落，下电时不能有很大的反冲和

回沟。
（跌落和反冲不能超过芯片启动事情电压），如涌现台阶征象，需把稳剖析其影响；

3） 把稳如果有负电压就须要根据芯片哀求进行谈论；

4） 很多芯片都由多路电源供电（例如外部I/O电压3.3V，内核电压

1.8V），这些电压之间可能有高下电顺序哀求，参考器件手册评

估测试结果是否合格。

把稳事变遍历如下情形：

1） 系统高下电；

2） 单板拔插；

3） 电源板拔插；

4） 丈量缓启动电路参数

测试仪器

示波器

测试方法常用-48V缓启动电路如下图所示。
测试时用多踪示波器，一起测试点在缓启动电路前，另一起测试点在缓启动电路之后，然后上电，从示

波器不雅观察两个测试点的上电韶光差。
其它如3.3V缓启动电路测试类似。

测试点如上图。
把稳探头的探针和地线不可接反，否则可能丈量结果缺点，

或者造成设备或探头破坏。

合格标准

1）延迟韶光：Tdelay，一样平常哀求其范围20 ～ 200ms；

2）上升韶光：对付Trise，一样平常为ms级。
哀求其范围越小越好，但同时哀求冲击电流知足合格标准；

3）没有多次上、下电（振荡高下电）征象；

下图是某3.3V缓启动电路的测试结果。
Ch1（黄色）是从背板输入

的3.3V电源旗子暗记，Ch2（蓝色）是经由缓启动电路后的3.3V旗子暗记。

上图中，

可以看到全体缓启动韶光分为几个部分：

1.延迟韶光，即图中的Tdelay。
它是背板输入电源有效到缓启

动电路有输出的韶光差，相称于背板电源输入的延迟；

2.缓启动电路有输出到输出电压升高到10%幅值的韶光；

3.上升韶光，即图中的Trise。
它是缓启动电路输出电压从10%上升到90%的韶光；

4.输出电压从90%升高到100%的韶光；

个中第2、4项的参数可忽略，我们一样平常只关注Tdelay和Trise。

把稳事变遍历如下情形：

1） 系统高下电；

2） 单板拔插；

3） 电源板拔插；

5） 测试电源电流和冲击电流

测试仪器示波器

测试方法电源电流：

方法一：用电流探头。
将电流探头卡在被测试电流利路上，通过示波

器不雅观察电源上电电流波形和上电后电流的平稳波形。
测试时把稳电流探头的方向；

方法二：用钳流计卡在被测试电流利路上进行测试。

冲击电流：

用电流探头，将电流探头卡在被测试电流利路上，通过示波器不雅观察电源上电和下电时的电流波形。
把稳电流探头的方向，测试上电冲击电流最好在冷机时测试，冲击电流最大。
测试下电冲击电流最好在单板满载时进行。

测试点取下单板（从背板）引入电源链路上串接的保险管，用粗短导线代替，

电流探头或者钳流计丈量此导线上的电流。

合格标准

1） 电源电流稳定值不能超过90％最大额定输出电流；

2） 冲击电流值不能超过额定输出电流的5倍。
3倍以上应引起把稳；

3） 单板任何业务情形下的电流一定要大于电源的最小负载，且须满

足最大容性负载哀求；

4） 保险管规格的选择和冲击电流的关系。
如果冲击电流为保险丝的

额定电流的5－10倍，则就要不雅观察冲击电流的韶光宽度，保险丝为快速熔断型，那么冲击电流的宽度不能超过几十毫秒；若为慢速熔断型，那么那么冲击电流的宽度不能超过几百毫秒。

把稳事变

1. 冲击电流的测试应遍历如下情形：

1） 系统高下电；

2） 单板拔插；

3） 电源板拔插；

2. 冲击电流测试中，如果链路上有感性器件（电感等），则不可梦想

方便，取下感性器件后用粗短导线代替，再用电流探头或者钳流计

丈量此导线上的电流。
由于感性器件本身具有抑制冲击电流的浸染，

此方法只适宜丈量静态电流。
测试冲击电流时，可以撬起感性器件

后端，再连接到粗短导线丈量。
如下所示。

以上内容是《旗子暗记质量测试规范》节选部分章节

可以在硬十网站www.hw100k.com免费下载

网站上文档预览、下载利用方法参考以下视频