硬件测试技术 2019/4/8 Olica.

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1 硬件测试技术 2019/4/8 Olica

2 课程大纲 硬件测试概述 测试前准备 硬件测试的种类与操作 硬件测试的级别 可靠性测试 测试问题解决 测试效果评估 测试规范制定
测试人员的培养 2019/4/8 Olica

3 硬件测试概述 1、硬件测试的概念 测试是为了发现错误而执行操作的过程 测试是为了证明设计有错，而不是证明设计无错误
一个好的测试用例是在于它能发现至今未发现的错误 一个成功的测试是发现了“至今未发现的错误”的测试 2019/4/8 Olica

4 硬件测试概述 2、硬件测试的目的 a.为了尽可能多地找出设计的错误,在保证产品功能性能的同时提高自身的设计开发能力;
b.为了给最终用户提供具有一定可信度的产品,保证产品质量的同时提高企业的知名度; 2019/4/8 Olica

5 硬件测试概述 3、硬件测试的目标——产品的零缺陷 产品在规格书里面定义的所有功能都能完全实现; 产品的可靠性,兼容性,稳定性都有突出表现;
产品实用性强,性价比高; 2019/4/8 Olica

6 硬件测试概述 4、硬件测试的意义 通过测试问题的分析调试提高企业的设计开发能力; 通过产品测试提高测试部门的检验能力;
完整的测试是评定测试质量的一种方法,没有发现错误的测试也是非常有价值的。 2019/4/8 Olica

7 硬件测试概述 5、目前业界硬件测试的开展状况
随着质量的进一步要求，硬件测试工作在产品研发阶段的投入比例已经向测试倾斜，许多知名的国际企业，硬件测试人员的数量要远大于开发人员。而且对于硬件测试人员的技术水平要求也要大于开发人员。 2019/4/8 Olica

8 硬件测试概述 6、硬件测试在企业价值链中的地位 调研——采购——研发——测试——生产——销售—— 测试是每项成功产品的必经环节
2019/4/8 Olica

9 硬件测试概述 7、硬件测试对公司形象和公司发展的重要性 硬件测试是评估产品质量的重要方法 产品质量是公司的信誉和品牌象征
公司的信誉和质量决定了公司的发展前景 2019/4/8 Olica

10 硬件测试概述 8、硬件测试的一般流程和各阶段点的输出文件 2019/4/8 Olica

11 课程大纲 硬件测试概述 测试前期工作 硬件测试的种类与操作 硬件测试的级别 可靠性测试 测试问题解决 测试效果评估 测试规范制定
测试人员的培养 2019/4/8 Olica

12 测试前期工作 1、设计Review 硬件设计审查 原理图Review Gerber Review 2019/4/8 Olica

13 测试前期工作 2、常规Review流程 Review专家的确定 评审专家Review 问题反馈整理 Review会议召开
2019/4/8 Olica

14 测试前准备 3、FMEA（故障模式影响分析）
分析系统中每一器件所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度、检测难易程度以及发生频度予以分类的一种归纳分析方法。 2019/4/8 Olica

15 测试前准备 F M E A 分 析 步 骤 和 要 点 如何定义严酷度分类： 确定范围 对操作者危害最高 确定功能 失效概率：
每小时，每班次，每天，每星期。。。 失效模式 潜在影响 潜在影响： 停机：损坏，装备与调整，试机损失 报废：缺陷部件，工具类 安全： 严酷度 分类 潜在原因 找原因： 以前FMEA 分析 失效日志 接口矩阵（物理干涉，能量传递，物流，信息转移） 保证书 专题研究报告 测试报告 现场服务报告 发生频度 控制措施 探测率 RPN 整改措施 2019/4/8 Olica

16 测试前准备 FMEA分析表格 编号 器件名称 所属功能单元 失效率 失效模式 失效比例 局部影响 对功能单元的影响 对系统的最终影响 严酷度
已有的检测方法 已有的补偿措施 建议改进措施 备注 2019/4/8 Olica

17 测试前准备 4、制定测试计划 测试计划所应达到的目标如下： 所有测试需求都已被标识出来；
测试的工作量已被正确估计并合理地分配了人力、物力资源； 测试的进度安排是基于工作量估计的、适用的； 测试启动、停止的准则已被标识； 测试输出的工作产品是已标识的、受控的和适用的。 2019/4/8 Olica

18 测试前准备 测试计划的内容 明确测试对象 测试人员,时间,环境 测试内容 测试方法流程 测试规范,标准 测试任务安排 测试结束的交付件
工作量评估 2019/4/8 Olica

19 测试前准备 5、测试用例 测试用例需要描述测试方法，测试步骤，测试的预期效果，需要达到的指标。
测试用例是直接用来指导测试的，所以对测试项目的描述需要更具体，更便于参考操作。 2019/4/8 Olica

20 测试前准备 测试用例的一般格式 测试用例编号 测试项目（模块或单元） 测试子项目（子项目描述） 测试级别（必测、选测、可测）
测试条件（环境、仪器等相关要求） 测试步骤和方法（具体细致的操作方法） 应达到的指标和预期效果 备注 2019/4/8 Olica

21 课程大纲 硬件测试概述 测试前准备 硬件测试的种类与操作 硬件测试的级别 可靠性测试 测试问题解决 测试效果评估 测试规范制定
测试人员的培养 2019/4/8 Olica

22 硬件测试的内容 1、测试设计 设计专用测试平台; 设计测试夹具; 设计测试软件; 设计测试设备; 设计测试用例，测试方法; 2019/4/8
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23 硬件测试的种类与操作 2、白盒测试 主要包括信号测试,时序测试,电源测试等. 2019/4/8 Olica

24 硬件测试的种类与操作 3、功能测试 测试产品所有接口或者模块的功能 2019/4/8 Olica

25 硬件测试的种类与操作 4、性能测试 主要包括稳定性,可靠性和兼容性测试. 2019/4/8 Olica

26 硬件测试的种类与操作 5、容错测试 容错测试的目的是要检验系统对异常情况是否有足够的保护，是否会由于某些异常条件造成故障不能自动恢复的严重后果。 容错测试的一般方法就是采用故障插入的方式，模拟一些在产品使用过程中可能会产生的故障因素，进而考察产品的可靠性及故障适应能力的一种测试方法。 2019/4/8 Olica

27 硬件测试的种类与操作 6、长时间验证测试 将产品置于一个相对恶劣的环境中,让其尽可能大负荷地运行,检验其长时间运行的能力. 2019/4/8
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28 课程大纲 硬件测试概述 测试前准备 硬件测试的种类与操作 测试问题解决 测试效果评估 测试规范制定 测试人员的培养 2019/4/8
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29 测试问题解决 1、测试问题的危害确认 站在用户的角度看待测试问题，小问题也是问题。 产品的最终使用者是用户
对于一个疑点是否属于问题，最有发言权的是用户 测试工程师应该站在用户的角度来看待每一个小问题，假设用户看到问题表现后的反应 2019/4/8 Olica

30 测试问题解决 2、测试问题的界别划分 致命：引起系统死机或系统崩溃的问题 严重：引起系统某一功能失效且不能简单恢复（如插拔单板）的问题
一般：引起系统某一功能失效但可简单恢复或较难重现的问题 提示：从操作或维护的角度发现的问题或建议 2019/4/8 Olica

31 测试问题解决 3、测试问题的种类确认 可重现问题 每次重现（每次测试故障现象均会重复发生的问题）
偶尔重现（不定期出现的问题，暂时没有发现触发条件） 不可重现问题 问题只出现过一次，在后续的测试过程中没有再次发生 2019/4/8 Olica

32 测试问题解决 4、测试问题的定位 定位方法 自动定位——系统通过自动检测等手段，可以直接产生相关告警
人为定位——指通过人的现场观察或是借助一定的测试手段可以即可定位。 不可定位——指在现场无法定位，需要借助专用的测试工具，或是专业的人员才有可能定位的问题 恢复方式 自动恢复、手动恢复、不可恢复（定义参考定位方法） 2019/4/8 Olica

33 测试问题解决 5、测试问题反馈方式和注意事项 测试工程师发现的任何问题都应该及时反馈
问题反馈时应尽量将故障现象、触发条件、环境因素等信息描述清楚，以便问题的处理 养成保留现场的习惯。 2019/4/8 Olica

34 测试规划书模拟练习 以本公司产品为例，包括以下内容： 1.产品模块功能，主要特性； 2.输入文档，需求； 3.内部工作安排：a.需要测试内容
b.测试计划 c.测试资源安排，人员分工 d……. 4.项目结束，输出文档 5.总结跟踪 2019/4/8 Olica

35 课程大纲 硬件测试概述 测试前准备 硬件测试的种类与操作 测试问题解决 测试效果评估 测试规范制定 测试人员的培养 2019/4/8
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36 测试效果评估 1、测试报告 测试报告一般需要包含以下内容： 测试时间、地点、人员 测试环境 测试数据统计 测试人员等工作量统计
测试项目通过情况统计 缺陷统计 覆盖率统计 2019/4/8 Olica

37 测试效果评估 2、测试评审 测试问题得到及时的解决 产品质量得到提高 测试问题和经验得到收集和积累 为后续类似产品提供测试等经验
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38 测试效果评估 3、经验的总结 审查规范 测试规范 checklist 案例 技术报告 2019/4/8 Olica

39 测试效果评估 4、测试经验的获取 从测试过程中获取 从问题攻关中获取 从他人的经验总结中获取 2019/4/8 Olica

40 测试效果评估 如何增长测试经验 测试过程中深入分析，挖掘到本质 积极参与问题攻关 多从网上获取他人经验 多与他人进行技术交流
参与测试技术的开发 增长测试经验即提高技术能力，优秀的测试工程师肯定可以是优秀的开发工程师。 2019/4/8 Olica

41 测试效果评估 5、遗留问题处理 遗留问题是指测试过程中发生的并且在测试报告时仍没有得到解决的测试问题。
遗留问题的划分需要非常谨慎，必须是长时间无法重现的问题，或者由于某些特定的因素（成本等），且问题并不严重的才可以通过流程中各环节人员的认可被列为遗留问题。 遗留问题需要定时跟踪清理，且对于一款产品需要制定一个遗留问题的数量限制。 2019/4/8 Olica

42 测试效果评估 6、市场规模应用跟踪 产品推向市场后需要持续跟踪产品的质量问题，并建立相应的流程，所有在市场上出现的问题必须有专人跟踪，并对照测试报告，以确定是否是试验室出现过的问题，分清问题种类,并明确原因，对于各类问题要明确责任人，尽量避免漏测，并同相关人员的绩效考核建立关系。 2019/4/8 Olica

43 课程大纲 硬件测试概述 测试前准备 硬件测试的种类与操作 硬件测试的级别 可靠性测试 测试问题解决 测试效果评估 测试规范制定
测试人员的培养 2019/4/8 Olica

44 测试规范制定 1、人员的规范 要有一个职业化的观念，要有意识地把自己培养为职业工程师。 测试过程的记录 测试经验的总结
测试规范和测试案例的应用 测试用例的应用与设计 2019/4/8 Olica

45 测试规范制定 人员的规范必要性 我们在总结中发现有较多的从市场上反馈回来的问题是我们曾经在实验室发现过的，但为什么当时没有很好的注意呢？原因只有一个：对问题不敏感。 当我们测试某项目时间较长后，对我们测试的对象非常熟悉，对有些偶尔出现一下的问题认为是理所当然，缺乏了敏感性。但当产品推向市场后，这些偶然出现的问题会大面积暴露出来，将会严重影响产品的声誉。 对测试问题敏感是测试人员的必备素质。 2019/4/8 Olica

46 测试规范制定 2、建立测试规范的必要性 没有规矩，不成方圆
测试更多的是动手的过程，测试工程师的水平参差不齐，如何保证测试质量就需要用制度和规范管理，各个测试环节均需要有流程和规范进行约束。各个阶段的输入、输出文档均必须有相应的模板。 没有规矩，不成方圆 2019/4/8 Olica

47 测试规范制定 3、需要建立哪些测试规范和模板 《测试计划模板》 《测试用例模板》 《测试报告模板》 《设计审查报告模板》
《正规检视报告报告模板》 《信号质量和时序测试规范》 …… 2019/4/8 Olica

48 测试规范制定 4、测试规范的制定方法 测试需要——人员制定分工——初稿完成——专家评审——修改完善——最初版本——规范试运行——问题缺陷整理——修改——正式版本——发行推广 2019/4/8 Olica

49 课程大纲 硬件测试概述 测试前准备 硬件测试的种类与操作 硬件测试的级别 可靠性测试 测试问题解决 测试效果评估 硬件测试参考的通信技术标准
测试规范制定 测试人员的培养 2019/4/8 Olica

50 测试人员的培养 1、测试人员的目标和职责 2019/4/8 Olica

51 测试人员的培养 2、测试人员需要的通用技能 专业的产品背景知识 丰富的测试技能 熟练掌握各种测试仪器 2019/4/8 Olica

52 测试人员的培养 测试人员需要的通用技能 思维方式，即如何开展测试活动以达到测试的目的； 良好的思维方式和工作方式可以达到事半功倍的效果；
协调能力，沟通能力，表达能力； 高效的学习能力，分析总结能力； 公司流程的了解。 2019/4/8 Olica

53 测试人员的培养 3、测试人员的心态 怀疑、否定、批判的态度，吹毛求茨的心理； 错误的客观存在性 任何人都存在思维的死角。
尊重开发人员的观点但不要迷信。 敢于否定权威 寻根问底的决心 2019/4/8 Olica

54 测试人员的培养 4、测试人员的等级认证 助理工程师 工程师 主管工程师 高级工程师 资深工程师 副主任工程师 主任工程师 科学家 首席科学家
2019/4/8 Olica

55 2019/4/8 信号完整性分析方法 2019/4/8 Olica Olica

56 课程大纲 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
2019/4/8 Olica

57 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
2019/4/8 Olica

58 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。 2019/4/8 Olica

59 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。 2019/4/8 Olica

60 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。 2019/4/8 Olica

61 SI简介 理想逻辑电压波形 2019/4/8 Olica

62 SI简介 接收端的实际波形 2019/4/8 Olica

63 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。 2019/4/8 Olica

64 SI简介 数据采样及时序例子 2019/4/8 Olica

65 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。 2019/4/8 Olica

66 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
2019/4/8 Olica

67 信号波形 联想蓝 黑色 中灰 绿色 Think红 2019/4/8 Olica

68 方波的组成 联想蓝 黑色 中灰 绿色 Think红 2019/4/8 Olica

69 晶振原理 石英振荡器结构 2019/4/8 Olica

70 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。 2019/4/8 Olica

71 晶振符号和等效电路 2019/4/8 Olica

72 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。 2019/4/8 Olica

73 时钟芯片的架构 联想蓝 黑色 中灰 绿色 Think红 2019/4/8 Olica

74 PLL基本原理 2019/4/8 Olica

75 PLL频率合成器 PLL频率合成器是由程序分频器、 鉴相器及压控振荡器三大部分组成, 从晶振束的100KHz 标准信号经100 分频后得1KHz的基准频率fR,压控振荡频率f1通过程序分频得到频率fM,fM和fR同时加到鉴相器进行比较。只有当fR和fM完全同频同相时,环路平衡被锁定,即fR=fM。可见, 当环路锁定时,压控振荡器的输出频率完全决定于程序分频器的分频比,即 f1= M·fR ,只要改变分频比M,便可使f1改变,从而得到所需的各个频率点。 2019/4/8 Olica

76 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
2019/4/8 Olica

77 衡量信号品质的参数 信号质量的参数:振幅参数，时间参数，眼图参数等。
振幅参数包括：振幅，高电平，低电平，均方根值，单个周期的均方根值，最大值，最小值，峰峰值，平均值，单个周期平均值，正过冲，负过冲，正欠冲，负欠冲等； 时间参数包括：上升时间，下降时间，正占空比，负占空比，高电平宽度，低电平宽度，周期，频率，延迟等； 眼图参数包括：眼高，眼宽，眼图最高点，眼图最低点，交叉点等； 2019/4/8 Olica

78 振幅的定义及测试方法 振幅是指被测波形的振动幅度，即高电平与低电平的差值，其单位为V或者mV； 2019/4/8 Olica

79 高电平的定义及测试方法 高电平是指信号逻辑“1”所在位置的幅度，其单位通常为V和mV。 2019/4/8 Olica

80 低电平的定义及测试方法 低电平是指信号逻辑“0”所在位置的幅度，其单位通常为V和mV。 2019/4/8 Olica

81 均方根值的定义及测试方法 均方根值是指整个捕获波形上所有点幅度的均方根值，其单位为V或者mv； 2019/4/8 Olica

82 周期均方根值的定义及测试方法 周期均方根值是指整个捕获波形上指定一个周期内所有点幅度的均方根值，其单位为V或者mV； 2019/4/8
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83 最大值的定义及测试方法 最大值是指所捕获波形里面振幅最大点所处位置的电压值，单位为V或者mV； 2019/4/8 Olica

84 最小值的定义及测试方法 最小值是指所捕获波形里面振幅最小点所处位置的电压值，单位为V或者mV； 2019/4/8 Olica

85 峰峰值的定义及测试方法 峰峰值是指最大值和最小值相减的绝对值，单位为V或mV； 2019/4/8 Olica

86 平均值的定义及测试方法 平均值是指所捕获波形里面所有点幅度的平均值； 2019/4/8 Olica

87 周期平均值的定义及测试方法 周期平均值是指所捕获波形里面所指定一个周期里所有点幅度的平均值； 2019/4/8 Olica

88 正过冲的定义及测试方法 正过冲是指高电平处的过冲值，单位为V或mV或者用百分比表示； 2019/4/8 Olica

89 负过冲的定义及测试方法 负过冲是指低电平处的过冲值，单位为V或mV或者用百分比表示； 2019/4/8 Olica

90 正欠冲的定义及测试方法 正欠冲是指高电平处的欠冲值，单位为V或mV或者用百分比表示； 2019/4/8 Olica

91 负欠冲的定义及测试方法 负欠冲是指低电平处的欠冲值，单位为V或mV或者用百分比表示； 2019/4/8 Olica

92 时间参数包括：上升时间，下降时间，正占空比，负占空比，高电平宽度，低电平宽度，周期，频率，延迟
时间参数的定义及测试方法 时间参数包括：上升时间，下降时间，正占空比，负占空比，高电平宽度，低电平宽度，周期，频率，延迟 2019/4/8 Olica

93 上升时间的定义及测试方法 上升时间是指信号从逻辑‘0’跳变到逻辑‘1’时所花费的时间； 低频信号的上升时间测量 2019/4/8 Olica

94 上升时间的定义及测试方法 上升时间是指信号从逻辑‘0’跳变到逻辑‘1’时所花费的时间； 高频信号的上升时间测量 2019/4/8 Olica

95 下降时间的定义及测试方法 下降时间是指信号从逻辑‘1’跳变到逻辑‘0’时所花费的时间； 低频信号的下降时间测量 2019/4/8 Olica

96 下降时间的定义及测试方法 下降时间是指信号从逻辑‘1’跳变到逻辑‘0’时所花费的时间； 高频信号的下降时间测量 2019/4/8 Olica

97 正占空比的定义及测试方法 正占空比是指信号的高电平保持时间占真个周期时间的比例； 2019/4/8 Olica

98 负占空比的定义及测试方法 负占空比是指信号的低电平保持时间占真个周期时间的比例； 2019/4/8 Olica

99 高电平保持时间的定义及测试方法 高电平保持时间是指信号从低到高跳变完成后信号持续的时间 2019/4/8 Olica

100 低电平保持时间的定义及测试方法 低电平保持时间是指信号从高到低跳变完成后信号持续的时间 2019/4/8 Olica

101 周期的定义及测试方法 周期是指有固定周期信号连续完成逻辑0和逻辑1跳变所需时间； 2019/4/8 Olica

102 频率的定义及测试方法 频率是指周期信号在一秒内完成周期跳变的次数； 2019/4/8 Olica

103 延迟的定义及测试方法 延迟是指两个相关信号之间的相位差； 2019/4/8 Olica

104 时间参数包括：眼图高电平值，眼图低电平值，眼图最大值，眼图最小值，眼图交叉点位置等。
眼图参数的定义及测试方法 时间参数包括：眼图高电平值，眼图低电平值，眼图最大值，眼图最小值，眼图交叉点位置等。 2019/4/8 Olica

105 眼图高电平值的定义及测试方法 眼图高电平值是指眼图高电平累积部分最低点的值； 2019/4/8 Olica

106 眼图低电平值的定义及测试方法 眼图低电平值是指眼图低电平累积部分最高点的值； 2019/4/8 Olica

107 眼图最大值的定义及测试方法 眼图最大值是指眼图高电平处最高电平所在位置的值； 2019/4/8 Olica

108 眼图最小值的定义及测试方法 眼图最小值是指眼图低电平处最低电平所在电压值； 2019/4/8 Olica

109 眼图交叉点的定义及测试方法 眼图交叉点是指眼图中的差分信号的上升沿和下降沿的交叉点； 2019/4/8 Olica

110 眼图交叉点的定义及测试方法 眼图交叉点是指眼图中的差分信号的上升沿和下降沿的交叉点； 2019/4/8 Olica

111 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
2019/4/8 Olica

112 衡量时序的参数 衡量时序的参数主要有四个：建立时间，保持时间，传输延迟，相位偏移。
数据是否按时到达逻辑器件就跟时序里面的相位偏移和传输延迟有关系，当数据波形的质量有问题时通常会直接影响到信号的建立时间或者保持时间。因此任何模块的通信信号都必须在保证信号质量的基础上再保证时序的恰倒好处。 2019/4/8 Olica

113 建立时间的定义和测量方法 建立时间是指数据在被采样时钟采样前已经建立起来的时间。 2019/4/8 Olica

114 保持时间的定义和测量方法 保持时间是指数据在被采样时钟采样后还要继续保持的时间。 2019/4/8 Olica

115 传输延迟的定义和测量方法 传输延迟是指信号从源端出来传输到接收端的过程中在传输线上所花费的时间； 2019/4/8 Olica

116 相位偏移的定义和测量方法 相位偏移是指同步信号之间的实际相位差异； 2019/4/8 Olica

117 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
2019/4/8 Olica

118 带宽和采样率 带宽是指示波器垂直放大器的频率响应
定义为: 信号幅度下降3db.在此频点为示波器的带宽在3db的带宽频率,信号垂直幅度的误差大约为30%. BW=0.42/Tr 采样率是用来衡量示波器采样速度的参数，指示波器在一秒内可以捕获样品的数量，单位是S/S（样点/秒） 例如某示波器的采样率为20GS/S，是指该示波器在一秒内最多可以采集20G个样点。 2019/4/8 Olica

119 采样间隔、采样时间和记录长度 示波器所采集的两个相临样点之间的间隔叫采样间隔，它的单位为时间s（ms，us，ns，ps）。采样距离是可以调节的，不同示波器的最大采样间隔和最小采样间隔通常是不一样的； 采样时间是指示波器所采样的显示波形里面的第一个样点到最后一个样点之间的时间间隔，它的单位是s（ms，us，ns，ps）； 记录长度是指在采样时间里所捕获样品的数量，单位是个； 2019/4/8 Olica

120 采样距离、采样时间和记录长度 它们之间的关系公式： 采样间隔=分辨率=1/采样率 采样时间=采样间隔 * 记录长度
采样时间=采样间隔 * 记录长度 最大记录长度=采样时间/最小采样间隔 =采样时间*最大采样率 2019/4/8 Olica

121 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
2019/4/8 Olica

122 常见的SI问题 在高频系统中时序的重要性 信号质量将直接影响到时序 最常见的三种信号问题： a.反射 b.串扰 c.电源/地 噪音
2019/4/8 Olica

123 常见的SI问题 反射产生原因 a.阻抗失配 b.桩线 c.过孔 d.其它连接的不连续性等 2019/4/8 Olica

124 常见的SI问题 串扰产生的原因 a.传输线之间的耦合 b.过孔之间的耦合 c.传输线与平面之间的耦合 d.两个平面之间的耦合
2019/4/8 Olica

125 常见的SI问题 电源/地 噪音产生的原因 a.SSO----simultaneous switching output
驱动同步输出对电源或者地的寄生效应 又称做对地反弹. b.SSN---- simultaneous switching noise 同步开关噪音或电流变化噪音 2019/4/8 Olica

126 常见的SI问题 除此之外,还有两个问题会导致信号波形的失真----EMC/EMI
a.EMC----electromagnetic compatibility 电磁兼容 b.EMI----electromagnetic interference 电磁干涉 2019/4/8 Olica

127 常见的SI问题 信号完整性问题的影响 当信号完整性存在问题或者系统的噪音余度要求没有达到满足的时候，输入信号在开关接收端到达最小高电平前就或者到达最小低电平前就开始变形，输入信号在静态接收端到达最高低电平前就开始上升或者在到达最小高电平前就开始下降，电源电压的波动也会扰乱锁存中的数据，于是会导致逻辑错误，数据信号变弱，开关错误，甚至导致系统失效。 2019/4/8 Olica

128 常见的SI问题 产生SI 问题的地方 典型数字系统环境流程: 硅片驱动引线接合器芯片封装芯片封装焊接点PCB另一个系统器件
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129 常见的SI问题 产生SI 问题的地方 源终端，传输过程，接收端。我们最关注的是信号在传输过程中的完整性。
电子工艺的趋向是不断加快芯片运行的速度以及不断提高芯片的集成度从而将芯片的性能推向极限。目前个人电脑中的最快时钟频率已经达到GHz的范围，它的上升时间已经小于200ps，目前看来数字信号的最快频率可以达到10GHz。随着制造工艺的不断发展，逻辑门的长度从20世纪60年代的50us发展到21世纪初的0.18us，目前的流行工艺是0.13us，成熟工艺可以做到0.09us和65ns。 2019/4/8 Olica

130 常见的SI问题 产生SI 问题的地方 芯片的时钟频率几乎每过18个月就翻一翻；逻辑门的固有延迟已经减小到几十个ps，但是封装设计技术还非常落后，就当前的工艺来说，封装上的连接延迟直接支配着系统时序余度也成为高频系统设计领域的瓶颈。所以目前我们公认的说法是：封装的性能成为整个系统性能的最主要制约因素之一。 2019/4/8 Olica

131 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
2019/4/8 Olica

132 SI分析 在设计流程中的SI分析 a.经过SI分析与认证的电子产品可提高其 稳定性,可靠性和兼容性;
b.在布线布局阶段没有经过SI分析指导的 原形将无法出台; c.在布局完成后没有经过SI认证的电子产 品在市场上可能没有竞争力. 2019/4/8 Olica

133 SI分析 2019/4/8 Olica

134 SI分析 布线布局前期分析 a.根据系统的需求进行比较分析 b.I/O的工艺选择 c.如何分布时钟 d.芯片封装类型的选择 e.器件类型
2019/4/8 Olica

135 SI分析 布线布局前期分析(续) f.PCB叠层结构 g.pin的分配 h.网络的拓扑结构 I.终端匹配策略
j.兼顾EMC/EMI,如何合理布局 2019/4/8 Olica

136 SI分析 布线布局后期分析 a.根据SI设计指导方针验证模块设计的合理性; b.反射检查; c.振铃检查; d.串扰检查;
e.对地反弹检查. 2019/4/8 Olica

137 SI分析 电子产品设计过程中SI工程师的重要性 a.过去电子设计工程师同时担任布线布局工程师的角色,不存在信号工程师;
b.合理的电子设计团队: 2019/4/8 Olica

138 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
2019/4/8 Olica

139 信号完整性分析实例 反射原理 反射的计算 反射的消除 串扰产生的原理 如何消除串扰 2019/4/8 Olica

140 信号完整性分析实例 反射原理 信号源产生带有能量的信号,信号又通过有一定阻抗Z0的传输线传到负载,尽管传输线在传送信号的过程中被看作电阻,但它并不消耗能量,信号的能量只能通过负载的阻抗吸收.从信号源到负载的最大能量传输要求负载阻抗等于源阻抗,如果两者不匹配,从源出来的信号能量部分被负载阻抗吸收,剩下的部分将反射回源阻抗,信号源就只好做出相应的变化去补偿输出.因此,负载端的信号波形就可以看作反射波与信号源输出的叠加. 2019/4/8 Olica

141 信号完整性分析实例 反射原理 反射波的大小又取决于线阻抗与负载阻抗的失配情况以及信号源的跳变时间(transition time)与传输延迟时间(propagation delay)的比率TR/TPD.阻抗的失配情况可以通过反射系数来衡量,TR与TPD的关系有如下几中情况: a. 如果跳变时间TR远大于传输延迟时间TPD,当信号反射回信号源时,信号源的输出只改变了一点点,所以反射对信号就只引起小小的扰动,在负载端表现为小小的过冲. b.如果传输延迟时间足够大,以至于当反射信号反射回信号源时,信号源的输出已经改变了许多,这时信号源就必须作出较大的变化去补偿输出.对这个大的补偿输出负载又会反射新的变化,如此往返,就会产生振铃(ringing)现象. 2019/4/8 Olica

142 信号完整性分析实例 反射的计算 当信号线的长度足够长时才被视为传输线,传输线的反射信号的大小取决于传输线阻抗Z0与负载阻抗ZL的差别.反射信号与原信号的比值称为反射系数Kr,它们之间的关系公式为: Kr=(ZL-Z0)/(ZL+Z0) 从上面的公式可以看出: a.当传输线上的负载开路时,相当于ZL趋于无穷大,代入公式可得Kr=1,即此时的信号将全部反射回去;b.当负载短路时,相当于ZL=0,代入上面的公式,可得Kr=-1.在这种状态下的信号也会完全反射回去,只不过反射回去的信号方向跟前一种情况相反,从本质上来说就是传输线为信号提供了一个无消耗的回路. 2019/4/8 Olica

143 为了更好地理解反射的本质,下面举一个实例通过计算来进行说明.
信号完整性分析实例 反射的计算 为了更好地理解反射的本质,下面举一个实例通过计算来进行说明. 假设我们使用的驱动器的低电平输出特性为(0.2v,24mA);负载为CMOS器件,其输入阻抗为ZL=100k欧姆数量级;而传输线的阻抗的典型值是 欧姆,为方便计算,这里取Z0=50欧姆.则 源输出阻抗:ZS=VOL/IOL=0.2V/24mA=8.3欧姆; 负载端的反射系数:Kr=( )/( )=1; 源输出端的反射系数:Krs=(8.3-50)/(8.3+50)=-0.72; 2019/4/8 Olica

144 下面讨论计算源输出从高电平到低电平的变化过程,也就是从3.5v变到0.2v的过程.
信号完整性分析实例 反射的计算 下面讨论计算源输出从高电平到低电平的变化过程,也就是从3.5v变到0.2v的过程. 在源输出端得到的交流信号为: V0=( )*Z0/(Z0+ZS)=( )*50/(50+8.3)=-2.84v; 信号源的交流信号为:VS1= =0.66v 当V0到达负载时,发生完全发射,这是第一次反射,反射信号的大小为VR1=-2.84V.因负载端原来的电压为3.5v,加上到达的V0(-2.84v)和反射信号(-2.84v),负载端的电压变为: VL1= =-2.19v 2019/4/8 Olica

145 信号完整性分析实例 反射的计算 反射信号返回输出端时也发生反射,这时的反射系数是-0.72,反射信号的大小为:
VR2=VR1*KRS=-2.84*-0.72=2.04V 这时输出端的交流信号为： VS2= =-0.14V 第二次反射信号又返回到负载端,这时负载端的电压为: VL2= =1.89V 用同样的方法可以算得: VL3=-1.05V;VL4=1.07V;VL5=-0.45V… 信号如此往返,每往返一次信号就减弱一些,只有当负载端电压降至低于输入门限电压时,负载端才算得到了正确的传输信号. 2019/4/8 Olica

146 信号完整性分析实例 反射的消除 (1) 从电路设计的角度来消除反射
(1)         从电路设计的角度来消除反射 要消除反射,就要使KR=0,即Z0=ZL.从电路设计的角度来说,我们通常利用端接的方法来达到消除反射的目的.就端接来说,也有好几种方法,下面分别进行描述. a并联端接 在负载端并联一个电阻来减小负载阻抗,使得ZL=Z0,这种方法就叫做并联端接. 2019/4/8 Olica

147 信号完整性分析实例 反射的消除 由于输入阻抗往往都很高,因此我们通常用阻值为Z0的电阻RT与ZL并联,使得并联后的阻值非常接近Z0,从而达到消除反射的目的.但是,这种方法有个很大的缺点,就是在高电平输出时RT消耗的电流太大.对于一个50欧姆的端接,它将消耗多达48mA的电流,而大多数器件的高电平输出电流都不超过5mA(通常为3.2mA)!虽然把并联电阻端接到VCC上会有一定的改善,因为器件的低电平吸收电流通常都高于高电平时的吸收电流,但大多数器件在低电平输出时的吸收电流都在24mA以下,如此可见上述方法依然不能很好地解决问题,应该慎用. 2019/4/8 Olica

148 再介绍一种比较可取的并联端接方法,电路如下图所示:
信号完整性分析实例 反射的消除 再介绍一种比较可取的并联端接方法,电路如下图所示: 从图中可以看出,它是用一个串联的RC网络作并联端接,其中RT=Z0,电容CT的值可为100pF,确切的值并不重要,在这里它只是起通高频阻低频的作用.这样对于输出驱动来说就不存在直流负载了.这中端接方法又称为交流并联端接,是最常用的并联端接方法. 2019/4/8 Olica

149 信号完整性分析实例 反射的消除 b.  串联端接 上面在负载端的并联端接是为了消除第一次反射,我们还可以在输出端串联一个电阻,用来消除第二次反射.具体做法是在源端串联一个电阻,使得这个电阻的值和源阻抗之和恰好等于传输阻抗,即RT+ZS=Z0.使用这种方法,我们就可以利用第一次反射来达到信号完全传输到负载端的目的.原因很简单,假设负载需要一个3v的电压,源会给出一个3v的电压,但由于(RT+ZS)和Z0的分压作用,实际的输出电压应该为1.5v,当该电压到达负载的时候,通过第一次全反射,它就可以获得两个1.5v的电压,这正是它所需要的电压,而反射回输出端的电压将被完全吸收,不存在第二次反射,这个过程就相当于信号的完全传输. 2019/4/8 Olica

150 信号完整性分析实例 反射的消除 此外,我们还必须注意两个问题:
a.  因为端接不可能达到完全匹配,所以很有可能会产生振铃,如果振铃的大小在可以容忍的范围内,就不会发生什么问题,因为振铃有时会淹没在存储线的高电容性中; b.  通常一个非常匹配的电阻是不可能,因为驱动器的高电平输出阻抗和低电平输出阻抗是不一样的.这使得端接电阻的选择变的很难,因为不可能有一个对于两种情况都很理想的端接电阻,设计者们必须折衷选择. 2019/4/8 Olica

151 信号完整性分析实例 反射的消除 (2) 从布线的角度来减少反射
(2)         从布线的角度来减少反射 阻抗受控信号线是信号在电路板上传输的媒介,合适的端接将确保信号的抗干扰性,但仍然有可能因为 布线不适当而引起较大的噪声.下面的两种布线规则可以减少噪声和反射. 避免传输线的阻抗不连续性.阻抗不连续点就是传输线突变的点,如直拐角,过孔等,它将产生信号的反射,应尽可能避免.布线时应注意以下几点: a.  避免走线的直拐角,尽可能用45度角走线或弧线,以改善阻抗的不连续性; b.  尽可能少用过孔,因为每个过孔都是一个阻抗不连续点; c.  外层的信号线避免通过内层,内层的信号线也避免跑到外层.因为内层信号线属于带状线,而外层信号线属于微波线,而两种不同类型的传输线的阻抗是不相同的.如果信号从外层走到内层或者从内层跑到外层都会引起反射. 2019/4/8 Olica