信号完整性设计在产品开发中越来越受到重视，信号完整性测试方法有多种，包括频域和时域，以及一些综合方法，如误差测试。这些方法不适合在任何情况下使用，但它们都有这样或那样的局限性。如果选择得当，可以事半功倍，少走弯路。本文介绍了各种测试方法，并结合实际硬件开发活动说明了如何选择。最后给出了一个测试实例。
信号完整性的测试方法
信号完整性的测试方法很多，涉及的仪器也很多。因此，熟悉各种测试方法的特点，根据测试对象的特点和要求选择合适的测试方法，对于方案选择、验证效果、问题解决等硬件开发活动来说，可以大大提高效率，事半功倍。
信号完整性的测试方法可分为三类，如表1所示。表中列出了大多数信号完整性测试方法。这些方法有优点，但也有局限性。其实不能都用。以下是这些方法的一些解释。
1.波形测试
波形测试是信号完整性测试中最常用的方法，一般采用示波器，主要测试波形幅度、边缘和毛刺等。通过测试波形参数，我们可以看到振幅、边缘时间等。满足器件接口等级要求，以及是否有信号毛刺等。因为示波器是极其通用的仪器，几乎所有的硬件工程师都可以使用，但这并不意味着每个人都能很好地使用。波形测试也要遵循一些要求才能得到准确的信号。
首先要求主机和探头组成的带宽要足够。基本上，测试系统的带宽是测试信号的三倍以上。实践中，有的工程师只是找一些探头进行测试，甚至A公司的探头都插在B公司的示波器上，很难得到准确的结果。
其次，注意细节。例如，测试点通常位于接收设备的引脚上。如果条件不能放在上面，例如BGA封装器件，可以放在离引脚最近的PCB走线或过孔上。距离接收设备的引脚太远，由于信号反射，测试结果与实际信号可能相差较大；探头接地线尽量选择短接地线。
最后，要注意匹配。这主要是针对使用同轴电缆测试的情况。同轴电缆直接连接到示波器，负载通常是DC耦合的yxdjmg。但有些电路需要DC偏置，测试系统直连时会影响电路工作状态，无法测试正常波形。
2.眼图测试
眼动测试是一种常见的测试方法，尤其是对有规格要求的接口，如E1/T1、USB、10/100BASE-T、光接口。这些标准接口信号的眼图测试主要使用带MASK模板)的示波器，包括通用示波器、采样示波器或信号分析仪。这些示波器内置时钟提取功能，可以显示眼图。对于不带MASK的示波器，可以使用外部时钟进行触发。
使用眼图测试功能时，我们需要注意测试波形的个数，尤其是在判断接口的眼图是否符合规范时，个数太少，波形抖动比较小，可能会有一些违规的情况，比如波形进入MASK的某个部分，可能不会被采集，如果被误判为通过，个数太多，会导致测试时间长，效率低。测试波形数量一般不少于2000个，3000个左右为宜。
目前，有一些仪器可以利用分析软件检查眼图中违规的细节。比如有些采样点落入了之前未知的MASK中，因为所有的采样点都是累加的，整体效果看起来就像一个很长的pddhc显示。新仪器利用其长期存储的优势，收集波形并在处理后显示，因此可以保留波形的每个细节，因此可以检查波形违规，例如波形是000010还是101010。这个功能可以帮助硬件工程师找到问题的根源。
3.抖动测试
抖动测试现在越来越受到重视，因为专用的抖动测试仪器，如TI A时间间隔分析仪)和hxddg3000，价格非常昂贵，很少使用。最常用的方法是示波器加软件处理，比如TEK的TDSJIT3软件。通过软件处理，分离出各个组件，比如RJ和DJ，以及DJ中的各个组件。对于这类测试，所选用的示波器、长存储、高速采样是必要条件，比如2M以上的内存、20gsa/s的采样率等，但目前各公司解决方案的抖动测试结果仍有相当大的差异，没有一个是权威的，也没有一个是行业标准的。
4.TDR测试
TDR测试目前主要用于PCB印刷电路板)信号线和器件阻抗测试，如单端信号线、差分信号线、连接器等。这个测试的一个要求是要结合实际应用条件，比如信号线的上升沿实际在300ps左右，那么TDR的输出脉冲信号的上升沿也要设置在300ps左右，而不是用30ps左右的上升沿，否则测试结果可能和实际应用相差很大。
影响TDR测试准确性的原因很多，主要包括反射、校准、读数选择等。反射会导致PCB信号线的测试值变短。
严重偏差，特别是在使用TI P探针)去测试的情况下更为明 显，因为TI P和信号线接触点会导致很大的阻抗不连续，导致反射发生，并导致附近三、四英寸左右范围的PCB信号线的阻抗曲线起伏。
5. 时序测试
现在器件的工作速率越来越快，时序容限越来越小，时序问题导致产品不稳定是非常常见的，因此时序测试是非常必要的。测试时序通常需要多通道的示波器和多个探 头，示波器的逻辑触发或者码型和状态触发功能，对于快速捕获到需要的波形，很有帮助，不过多个探头在实际操作中，并不容易，又要拿探头，又要操作示波器， 那个时候感觉有kldby的三头六臂就方便多了。
逻辑分析仪用做时序测试并不多，因为它主要作用是分析码型，也就是分析信号线上跑的是什么码，和代码联系在一 起，可以分析是哪些指令或者数据。在对于要求不高的情况下，可以用它来测试，它相对示波器来说，优势就是通道数多，但是它的劣势是探头连接困难，除非设计 的时候就已经考虑了连接问题，否则飞线就是唯一的选择，如果信号线在PCB的内层，几乎很难做到。
6. 频谱测试
对于产品的开发前期，这种测试应用相对比较少，但是对于后期的系统测试，比如EMC测试，很多产品都需要测试。通过该测试发现某些频点超标，然后可以使用近 场扫描仪其中关键的仪器是频谱仪)，例如EMC SCANER，来分析板卡上面具体哪一部分的频谱比较高，从而找出超标的根源所在。不过这些设备相对都比较昂贵，中小公司拥有的不多，因此通常情况下都是 在设计时仔细做好匹配和屏蔽，避免后面测试时发现信号频谱超标，因为后期发现了问题，很多情况下是很难定位的。
7. 频域阻抗测试
现在很多标准接口，比如E1/T1等，为了避免有太多的能量反射，都要求比较好地匹配，另外在射频或者微波，相互对接，对阻抗通常都有要求。这些情况下，都 需要进行频域的阻抗测试。阻抗测试通常使用网络分析仪，单端端口相对简单，对于差分输入的端口，可以使用Balun进行差分和单端转换。
传输损耗测试，对于长的PCB走线，或者电缆等，在传输距离比较远，或者传输信号速率非常高的情况下，还有频域的串扰等，都可以使用网络分析仪来测试。同样 的，对于PCB差分信号或者双绞线，也可是使用Balun进行差分到单端转换，或者使用4端口网络分析来测试。多端口网络分析仪的校准，使用电子校准件可 以大大提高校准的效率。
8. 误码测试
误码测试实际上是系统测试，利用误码仪，甚至是一些软件 都可做，比如可以通过两台电脑，使用软件，测试连接两台电脑间的网络误码情况。误码测试可以对数据的每一位都进行测试，这是它的优点，相比之下示波器只是 部分时间进行采样，很多时间都在等待，因此漏过了很多细节。低误码率的设备的误码测试很耗费时间，有的测试时间是一整天，甚至是数天。
实际中如何选用这上述测试手段，需要根据被测试对象进行具体分析，不同的情况需要不同的测试手段。比如有标准接口的，就可以使用眼图测试、阻抗测试和误码测 试等，对于普通硬件电路，可以使用波形测试、时序测试，设计中有高速信号线，还可以使用TDR测试。对于时钟、高速串行信号，还可以抖动测试等。
另外上面众多的仪器，很多都可以实现多种测试，比如示波器，可以实现波形测试，时序测试，眼图测试和抖动测试等，网络分析仪可以实现频域阻抗测试、传输损耗测试等，因此灵活应用仪器也是提高测试效率，发现设计中存在问题的关键。
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信号完整性仿真
信号完整性测试是信号完整性设计的一个手段，在实际应用中还有信号完整性仿真，这两个手段结合在一起，为硬件开发活动提供了强大的支持。图1是目前比较常见的硬件开发过程。
在需求分析和方案选择阶段，就可以应用一些信号完整性测试手段和仿真手段来分析可行性，或者判断哪种方案优胜，比如测试一些关键芯片的评估板，看看信号的电 平、速率等是否满足要求，或者利用事先得到的器件模型，进行仿真，看接口的信号传输距离是否满足要求等。
在平时利用测试手段，也可以得到一些器件的模型， 比如电缆的传输模型，这种模型可以利用在仿真中，当这些模型积累比较多，一些部分测试，包括设计完毕后的验证测试，可以用仿真来替代，这对于效率提高很有 好处，因为一个设计中的所有的信号都完全进行测试，是比较困难的，也是很耗费时间的。
在设计阶段，通常是使用仿真手段，对具体问题进行分析，比如负载的个数，PCB信号线的拓扑结构，并根据仿真结果对设计进行调整，以便将大多数的信号完整性问题解决在设计阶段。
系统调试以及验证测试阶段，主要是利用信号完整性测试手段，对设计进行测试，看是否设计的要求。如果发现了严重问题，就要去解决，信号完整性的测试和仿真手段都将用来寻找问题的根源，以及寻找适合的解决方案上面。
信号完整性测试和信号完整性仿真紧密结合，是信号完整性设计的基本要求。
应用实例
某种进口电缆A在公司的各个产品中广泛应用，由于是独家供应商，多年价格一直没有下降过，在通信产品的价格逐年大幅度地下降的情况下，是不大正常的，这种情 况下需要寻找替代的供应商，由于涉及的产品众多，并且产品在网络中的地位很高，替代就显得非常谨慎，因此需要通过多方面测试验证，才能够决定能否替代。
根据规格需求，找到拟用来替代的国产电缆B，根据这种情况，设计多种测试进行验证两种电缆的效果：
1. 频域测试：测试两种电缆的传输损耗、反射、串扰等；
2. 时域测试：测试两种电缆的眼图测试、波形测试等；
3. 仿真：利用仿真软件，仿真眼图传输情况；
4. 其他测试：呼叫测试系统测试的一种，模拟实际应用的性能)。图2、3和4是部分的测试结果。
从图2可以看到，两种电缆的差分传输损耗差不多，而电缆A得近端串扰则相对比较大。图3使用了仿真软件，仿真20米长的电缆，传输40Mbps信号的眼图情 况，仿真使用的电缆模型是利用上面频域测试得到的模型，通过仿真可以看到电缆B的眼图比电缆A的眼图要好，不论眼高还是眼图抖动。
图4是实际应用的眼图情况，很明显电缆B的眼图要比电缆A的眼图要好，和前面的仿真结果比较吻合，不过电缆A的实际反射比较大一点，这和仿真使用驱动器件的模型有关。
综合其他测试的结果，最后结论认为拟用来替代的国产电缆B，性能优于进口电缆电缆A，因此完全可以替代。这个替代，将给公司带来每年数百万元的成本下降。
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