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最全 USB3.1 TypeC 测试 (图文并茂) #S0040
热度 2 李凯的技术博客 2017-7-18 15:21
USB是目前PC上最成功的接口标准,而USB3.1是其最新版本。 在USB3.1的标准里,革命性地融合了3种最新的现代科技技术,分别是:数据速率从5Gbps提高到10Gbps;TypeC接口实现PC外设接口的统一;Power Delivery技术实现更智能强大的充电能力。 下面简单分别介绍一下。  数据速率提升到10Gbps: USB接口的标准最早是上世纪90年代推出,数据速率为1.5Mbps(Low Speed),后来提高到了12Mbps(Full Speed),在2000年又提高到了480Mbps(High Speed),从此开始了USB接口一统PC外设接口的时代。到2008年时,面对大量数据传输的挑战以及eSATA的竞争,USB协会又推出3.0标准,把接口速率提高到了5Gbps,目前在PC及移动硬盘上已经普及。由于原先的USB2.0的信号线缆以及芯片的限制已经不能实现从1.5Mbp到5Gbps这么大跨度范围的信号传输,所以USB3.0是在原来的USB2.0的接口上另外增加了2对高速的差分线,采用类似PCIe那样的预加重、均衡和8b/10b编码技术。到2013年时,随着对于数据传输速率要求的进一步提升,USB协会又通过3.1标准的推出把数据速率提高到10Gbps,同时采用了效率更高的128b/132b编码方式。不过随着速率的提高,除了芯片做的更加复杂以支持链路协商和克服损耗以外,能够支持的电缆的最长长度也从USB2.0时代的5米降到了USB3.0时代的3米,到USB3.1时代就只有2米了。  TypeC统一了PC外设接口: 对于USB3.1标准推出来说,最让业界兴奋的还不是数据速率的提升,而是对TypeC接口的采用。目前使用的USB接口主要为扁形的A型口和方形的B型口,以及在手机等移动设备上广泛使用的的MicroB的接口。而TypeC接口的推出真正改变这一切。TypeC之所以引起业界的关注和积极采用主要因为几个原因:更轻、更小,适合手机、PAD、笔记本等轻薄应用,同时信号的屏蔽更好;采用类似苹果Lightning接口的正反插模式,正反面的信号定义是对称的,通过CC1/CC2(Control Channel)管脚可以自动识别,用户可以不区分方向盲插拔;正常情况下,根据插入的是正面还是反面可以用TX1+/TX1-/RX1+/RX1-或者TX2+/TX2-/RX2+/RX2-这两对差分线进行USB3.1的信号传输,但如果支持Alt Mode,则可以四对差分线一起传输用来支持Displayport、MHL、Thunderbolt视频或存储格式信号输出,并通过SBU1/SBU2(Secondary Bus)管脚来实现Alt Mode下一些低速视频控制信号的传输;支持更智能、灵活的通信方式,通过CC1/CC2的上下拉电阻设置可以区分主机(DFP接口:Downstream Facing Port)还是外设(UFP接口:Upstream Facing Port),也可以通过CC管脚去读取外设或电缆支持的供电能力。下图是TypeC接口的信号定义以及和传统USB接口的比较。  Power Delivery技术实现更智能强大的充电能力: 即插即用、数据传输与充电合一是USB接口的的一个重要特征。在USB2.0时代,USB接口可以支持2.5W的供电能力(5V/500mA),到USB3.0时代提高到了4.5W(5V/900mA),但这样的供电能力对于笔记本或者一些稍大点的电器供电都是不够的,而且由于一些产品的质量问题,也出现过由于充电过程中起火烧毁的事故。为了支持更强大的充电能力,同时避免安全隐患,USB3.1标准中引入了Power Delivery的协议(即PD2.0协议),一方面允许更大范围的供电能力(比如5V/2A、12V/1.5A、12V/3A、12V/5A、20V/3A、20V/5A),另一方面会通过CC线进行PD的协商以了解线缆和对端支持的供电能力,只有通过协商成功后才允许提供更高的电压或工作电流。下图是PD协商的原理,以及实测到的一个被测件插入过程中通过CC协商后把输出电压从5V提高到20V的信号波形。 在对USB3.1 TypeC接口的设备进行信号质量测试时,有很多项目需要测试比如眼图、抖动、SSC等,不同的测试项目需要被测件发出不同的测试码型,但是如何完成码型的切换呢? 首先,我们要知道TypeC的接口是双面的,也就是同一时刻只有TX1+/TX1-或者TX2+/TX2-管脚上会有USB3.1信号输出,至于哪一面有信号输出,取决于插入的方向。 如下图所示,缺省情况下DFP设备在CC管脚上有上拉电阻Rp,UFP设备在CC管脚上有下拉电阻Rd,根据插入的电缆方向不同,只有CC1或者CC2会有连接,通过检测CC1或者CC2上的电压变化,DFP和UFP设备就能感知到对端的插入从而启动协商过程。 在信号质量的测试过程中,由于被测件连接的是测试夹具,并没有真实的对端设备插入,这就需要人为在测试夹具上模拟电阻的上下拉来欺骗被测件输出信号。对于DFP设备的测试,需要模拟对端Rd的下拉;对于UFP设备的测试,需要模拟对端Rp的上拉。根据使用的测试夹具不同,其设置上下拉的方法也不一样。 如果使用如下图所示的USB协会的TypeC测试夹具,其套件包含16块不同功能的夹具,要区分使用的是做Host测试夹具还是Device测试夹具,其上面的跳线和上下拉设置情况也不太一样。 而如果使用的是示波器厂商提供的通用TypeC测试夹具,如下图所示,其夹具本身不做Host或Device的区分,而是通过低速控制器来设置是上拉、下拉还是开路。低速控制器的状态可以通过软件来配置。 接下来我们来看一下在USB3.1的TypeC测试中如何使被测件发出测试码型。根据USB3.1的LTSSM(Link Training and Status State Machine)状态机的定义(如下图所示)。 在通过上下拉电阻检测到对端插入以及检测到对端的50欧姆负载端接后,就进入Polling协商阶段。在这个阶段,被测件会先发出Polling.LFPS的码型和对端协商(LFPS的测试后面我们还会提到),如果对端有正常回应,就可以继续协商直至进入U0的正常工作状态;但如果对端没有回应(比如连接示波器做测试时),则被测件内部的状态机就会超时并进入一致性测试模式(Compliance Mode),在这种模式下被测件可以发出不同的测试码型以进行信号质量的一致性测试。 在一致性测试模式下,被测件可能发出16种不同的测试码型以进行不同项目的测试,比如CP0~CP8是5Gbps速率的测试码型,CP9~CP16是10Gbps速率的测试码型,CP0和CP9用于眼图测试,CP1和CP10用于随机抖动测试等。刚刚进入一致性测试模式时,被测件会停留在CP0状态,如果收到Ping.LFPS的码型输入,就会切换到下一个测试码型,依次往复循环。Ping.LFPS是频率大约几十MHz的低速的脉冲串,可以借助于函数发生器、码型发生器或者误码仪等设备生成,下图是用示波器捕获到的被测件接收到Ping.LFPS的脉冲串并进行码型切换的例子。 除了5Gbps和10Gbps的正常信号的测试,在信号质量的测试中还需要对SCD1(Superspeed Capability Declaration 1)、SCD2(Superspeed Capability Declaration 2)和LBPM(LFPS Based Pulse Width Modulation Messaging)的信号波形进行测量。 在USB3.0的时候,只有统一的LFPS(Low Frequency Periodic Signaling)信号(如下图所示),用于上电阶段向对方声明自己支持USB3.0的能力。LFPS是特殊的低速脉冲串,其宽度和周期分别代表不同含义,用于总线的控制,因此其时间和幅度参数的准确性对于系统工作非常重要。 在USB3.1的标准里,进一步扩展了LFPS信号的功能,它不再像USB3.0里那样使用等间隔周期的脉冲串,而是用脉冲串间隔的宽窄编码来代表不同的含义,最典型的就是SCD1和SCD2信号。 在USB3.1的设备上电阶段,会先发出SCD1的信号,如果对端有SCD1的信号回应,则会进入下一阶段发出SCD2的信号;如果对端再有SCD2的信号回应,则会又进入下一阶段用LBPM信号进行链路速率和其它参数的协商。下面两张图分别显示了SCD1到SCD2信号的切换,以及SCD2到LBPM的信号切换过程。 因此,在测试中,如果要进行SCD1以及后续的SCD2、LBPM等相关参数的测试,就也需要一台信号发生器能够发出SCD1、SCD2甚至LBPM的信号和被测件进行交互,以欺骗被测件进入后续的状态,这台信号发生器可以使用和前面做一致性码型切换一样的设备。
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【**记】感受GSAT,挑战Samsung
热度 3 zwj-gg_818035047 2015-7-30 17:30
     虽然两天前把自己卖了,但之前就收到三星的笔试通知,而且是传说中的**的GSAT,还是早早起来去感受一下GSAT!       GSAT 的全程叫Glolal Samsung Aptitude Test ,直接翻译叫“三星能力倾向测试全球版”,他们的中文叫“三星工作能力测试”。据三星考官介绍,GSAT是三星全球招聘用的测试题,有三星总部的一个研究院专门负责题目的设计与批阅。所有进入三星的员工都必须参加测试,同时试卷寄望韩国三星总部批阅,结果需要1到2周才能出来。另外,每套GSAT题目都是严格保密,不向外透露,也仅供三星招聘之用,而且阅卷标准,要求标准也是保密,具体需要多少分通过也没有人知道,这个标准由韩国总部制定。       GSAT共分二部分,一部分为能力测试,另一部分为类似性格测试的题目。其中能力测试部分又分两部分,一部分是数字计算类题,另一部分为逻辑推理题。其中每一部分各25道题,时间能力测试的第一部分为25分钟25道题,能力测试的二部分是22分钟25道推理题。性格测试有125道题,共50分钟完成。严格遵守时间规定,让你做第一部分你不能做第二部分的题,同理一样。      所有题目均为选择题,答题卡填涂,但与其他公司不同的是:选对得分, 但选错的话也会扣分! 所以不可乱选,这样既提高阅卷方便性,也可以防止应试者靠运气取胜!试卷中未提及,也没有人提及各题的具体分数!      数字计算题知识点一般不超过高中的要求,但要求速度。25道题仅25分钟时间,另外题目也不会有太简单的弱智题目。当然也有一定的技巧性,比如部分题目不需要求出真实大小,你只要能估计出大概值就可以了。      逻辑推理题25题而且只有22分钟。里面有数字规律题,图形题,数据分析计算题,案例分析题等!确实很**的题目!      个人的经验是,一定要把相对比较简单的题目全做了,绝对不能再一些难题或繁琐题目上纠缠。题目据说是很难做完的,所以不要想着做完所有题目。但有一点要提醒的是:每一部分的题目都要做一些,因为据说他们要求每一部分的得分由一个最低分。就是说如果你计算题满分,而逻辑题零分是不行的,这也是他们严格控制每一部分答题时间的原因 。      做完能力测试题后,这一部分答题卡就被收上去,然后做性格测试题。      虽然这一部分的题目(性格测试)没有正确与否,但据说三星很迷信他们的这套性格测试,要根据这给你定位。根据我做的其他性格测试题与三星的作比较,三星的测试题你很难做出有意的倾向性回答。一是他们的题目也很多,而且有很多重复的祸类似的描述,不大好掌握。如果你带有某些目的(或说企图)来答题,速度会下降,而且会露出破绽。比如你想有意将自己“描述”成一个“具有领导力很强”的人,而不是真正的“领导力很强”的人,测试中会露出马脚的。所以建议还是老实回答,答出真实的自己来!      在所有题目做完后,一般考官会问你对考试有什么意见。大家看着回答吧,估计也是例行公事而已。我反正是没有什么意见的,有意见也不敢说!这么**的题目,怎么会没意见呢?!      对了,三星还是很负责的。虽然这次全国据说有6000多人被邀参加GSAT,但对于没有来参加笔试的人,他们都会去问原因的。尤其是问是否街道通知。反正我的通知时很到位的,两次手机短信通知,两次邮件通知。其中一次邮件通知还是分公司的HR用自己的私人邮箱特意通知的。其他的通知时系统自动发出。      前面说过,试卷时寄回韩国批阅,所以时间有点长。      三星除了这个GSAT是全国统考外,面试时交给各分公司的。三星在中国有100多个分公司,30多个企业法人,题目的面试时间可能都不一样,根据你选择的分公司,考试通过后,到时候会有人通知你面试。面试地点可能是你所在城市,也可能是公司所在地。时间差别会特别大!      三星说要成为中国人民尊敬的企业,在学校上好像没有明显的歧视。所以大家可以去试试。但据说三星是一个比较传统,管理严格的公司。作风比较严格,从考场上就可见一斑。你需要严格按照指令答题,指令由磁带发出,稍有不慎就被认为是**,成绩为不及格。比如题目下来后不能翻开看,只有接到磁带的指令才可以翻开。比CET,高考等都要严格。      还有也有可能在笔试前就已经参加面试了,面试通过后再参加笔试,笔试通过后直接就可以签约了。我们考场的考官是三星电机的,他们提前面试过,考完后就通知考试通过的同学可以直接签约了。      招聘流程:      首先是简历审核,通过审核的会给一个笔试通知,没有笔试通知想去霸王笔是肯定不行的,因为笔试成绩是需要去韩国阅卷,然后入库的,简历审核不过的库里面没有你的名字,所以没有用。然后是面试,由各分公司决定。     简历投递都是网上投递,在三星的专用招聘网站投递。     有朝鲜族的如果想去,可以试试哦,貌似有一点偏向哦。     Bless myself!    版权声明 :欢迎转载,但 转载请保留出处链接,作者等版权信息,谢谢合作 。本文首发博客: http://blog.ednchina.com/colinzhang     联系:zwj-gg@qq.com    谢谢指正,修改于20150730.  
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【博客大赛】DIY 100V耐压测试器
热度 3 weitongguo 2015-7-23 11:37
手里零件挺多的,昨天做个东西,本来应该用IN4148做二极管用,随手拿了两个玻封管,也没仔细看就焊上去了,上电不能正常工作,仔细检查后才发现拿了稳压管当二极管用了,废了半天劲,早知道测试一下了,可是用万用表是测不出来稳压管和二极管的区别的,决定做个测试器,焊机前先测试一下二极管的耐压,防止以后再犯错误。   由于没有特别高的要求,根据三线电压表头的最大量程是100V,就做个100V的算了,一般也够用了,最早前我做过一个类似的是直接整流220V电压,虽然可以测量的耐压很高,但是很不安全,早就拆掉了,这次一定要做个隔离的,随便摸任意一根线都不会有危险,找到手里的变压器尽量找二次电压高的,还真有一个双独立50V输出的,还带6V隔离输出刚好给三线电压表头供电,先把6V整流滤波给电压表模块看工作情况,正常后再把双50V串联起来做个半波整流加个1UF高压电容做滤波然后看最高输出电压达到了160V直流,这个电压太高超过了100V电压表头的测量范围,因为电压表头也是有输入电阻的,就串联电阻找出刚好接近100V的直流电压,最后测试下来需要330K的电阻刚好合适,由于有大电阻串联在电源里面,就算短路电流也只有0.6ma也不会对管子造成损害。   加上电源开关,输出用双刀双掷开关做个正反切换开关,方便电压换向使用,随便找个壳子装起来,就成了上图的模样。   测试一下8.4V稳压管还行:   再找个9012测测E-C试试:   OK!   对了!再啰嗦一句,如果测量电容耐压一定要注意放电!否则真的会电到你一针的呵呵!
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雷达脉冲参数统计分析--如何用示波器进行射频信号测量连载(五)
李凯的技术博客 2015-7-8 20:57
除了在示波器里直接对雷达脉冲的基本参数进行测量,也可以借助功能更加强大的矢量信号分析软件。下图是用 Keysight 公司的 89601B 矢量信号分析软件结合示波器对超宽带的 Chirp 雷达信号做解调分析的例子,图中显示了被测信号的频谱、时域功率包络以及频率随时间的变化曲线。被测信号由 M8195A 超宽带任意波发生器产生, Chirp 信号的脉冲宽度为 2us ,频率变化范围从1 G~19GHz ,整个信号带宽高达 18GHz !这里充分体现了实时示波器带宽的优势。 更严格的雷达测试不会仅仅只测脉冲和调制带宽等基本参数。比如由于器件的带宽不够或者频响特性不理想,可能会造成 Chirp 脉冲内部各种频率成分的功率变化,从而形成脉冲功率包络上的跌落( Droop )和波动( Ripple )现象。因此,严格的雷达性能指标测试还需要对脉冲的峰值功率、平均功率、峰均比、 Droop 、 Ripple 、频率变化范围、线性度等参数以及多个脉冲间的频率、相位变化进行测量,或者要分析参数随时间的变化曲线和直方图分布等。这些更复杂的测试可以借助于 89601B 软件里的 BHQ 雷达脉冲测量选件实现。这个测试软件也支持示波器的分段存储模式,可以一次捕获到多个连续脉冲后再做统计分析,下图是一个实际测试的例子。 除了雷达脉冲分析以外,借助于示波器自身的抖动分析软件或者矢量信号分析软件,还可以对超宽带的调频信号进行分析。下图是对一段在 7GHz 的带宽范围内进行调频的信号的频谱、时域以及跳频图案的分析结果。
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免费申请活动:《高速数字接口原理与测试指南》
李凯的技术博客 2015-5-11 09:12
各位工程师朋友,这里有一个免费申请《高速数字接口原理与测试指南》一书的活动。如有任何问题,也请联系活动主办方。 http://bbs.ednchina.com/FORUM_POST_2000000018_533155_0.HTM  
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从新人到高薪SI工程师~新书宝典
热度 5 李凯的技术博客 2014-11-3 11:31
    经过一年多的编写及三审三校,终于把多年文章集结成书《高速数字接口原理与测试指南》并由清华出版社出版!感谢清华出版社的细致工作,感谢清华电子系诸位老师及业内同仁的鼎力捧场,感谢公司领导和同事支持,感谢开放实验室~~     写作本书的想法由来已久,事因工作性质,会和众多行业的电子工程师接触颇深。其间深感高速数字接口逐渐渗透到电子产品各个领域,全数字化、高集成、高带宽是未来发展和技术革新的趋势。但遗憾的是,各种接口的规范晦涩难懂且更新很快,教科书上学到的知识太过理论而实用性不强,刚毕业的学生和新入门的工程师无法把学到的数字电路知识应用到实际工作中。互联网上能搜索到的资料又比较零碎,且存在大量说法不一的错误概念,目前市面上还没有一本系统介绍现代电子设备内部、外部各种数字接口的历史发展、技术特点、应用背景、测试方案的实用性的书籍。         我曾在国内最知名的两家的通信公司做过多年硬件研发和管理,可以说对于一线工程师的实际工作有切身的了解。从2006年开始,我加入全球最大的电子测量仪器公司Agilent(现在电子测量仪器部门已经改名为Keysight并将于今天股票在Nasdaq正式上市,股票代码KEYS,感兴趣的可以进行投资,风险自负,呵呵),一直从事高速数字领域的应用和研究工作。在给行业内的工程师提供技术咨询的同时,深感大家有很多共性的、基础性的问题,而我个人的时间和精力有限,不能很有效地帮助到所有的人。     从2009年开始,我陆续利用业余时间写了很多介绍新的数字总线技术、测量知识的文章,有些发表在《电子工程专辑》、《国外测量技术》等杂志上,有些发表在EDI CON、IEEE的公开会议上,有些放在了我的个人博客上,还有些直接发给了一些需要的工程师朋友。这种方式在当时能给大家提供一些帮助,但我个人感觉还是有些就事论事,不够全面和系统。而且我陆续发现了很多网站或者业内朋友未经许可的转载和抄录行为。本着技术推广总是对广大工程师会有裨益的初衷,对这些行为我没有过多追究。     从2012年开始,我逐渐减少了在公开网络上发表文章的频次,并开始对文章进行系统整理和更新。期间又接触到清华出版社,感觉到他们的专业和精益求精,于是才有了编辑成书的想法。本书基于我的应用经验,对现代电子设备上最新的高速数字接口及测试方案做了系统的介绍和总结,尽可能做到深入浅出,不讨论大量的数学计算和理论推导,以实际指导相关工程人员的设计和测试工作。本书也可供广大电子行业的技术爱好者做为科普读物了解当今电子设备的发展趋势。                                                                              ――2014年11月3日   本书特点:   深入浅出,阐述高速数字原理 追本溯源,探究测试方法精髓 图文并茂,剖析前沿测量方案 娓娓道来,洞察现代电子趋势
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以太网测试常见问题总结-2
李凯的技术博客 2014-9-4 10:49
QUESTION: 对于10G以太网的信号测试需要多高带宽的示波器? ANSWER: 10G以太网有很多种实现方法。对于10GBASE-T的标准来说,由于采用了复杂的电平编码,信号波特率为800M Baud,因此测试使用2.5GHz左右带宽的示波器就可以;对于XAUI或10GBASE-CX4的标准来说,是用4对3.125Gbps的差分线进行信号传输,测试建议使用8GHz以上带宽的是示波器;还有些标准如10GBASE-SR、10GBASE-LR、10GBASE-ER、10GBASE-KR等,实际的数据传输速率为10.3125Gbps,最快的信号上升沿在30ps左右,对于这些测试就需要使用16GHz或者更高带宽的示波器。   QUESTION: 为什么100Base-TX/1000BASE-T的信号眼图和通常的数字信号眼图不一样? ANSWER: 100Base-TX 是3电平的信号,因此是眼图是双层的,需要对正信号的眼图和负信号的眼图分别测量;而1000Base-T的信号 是5电平的信号,因此正常传输的信号叠加起来会形成4层眼图。由于1000Base-T的眼图已经非常复杂,因此不再进行眼图模板的测试,只是在测试模式下进行一些特殊点信号的模板测试。   QUESTION: 为什么10GBASE-T的频谱测试项目中需要用到Balun? ANSWER: Balun是一个差分信号转单端信号的变压器。由于10GBASE-T 每对信号都是差分的,而频谱仪只能支持单端的输入,所以会用到Balun把差分信号转换成频谱仪可以接收的单端信号。不过由于这个Balun会带来额外的损耗,所以需要用厂商提供的Balun的损耗参数对测量结果进行修正。   QUESTION: 为什么回波损耗的测试中必须用到矢量网络分析仪而不能用传统的TDR测量仪器? ANSWER: 回波损耗的测试中被测件必须工作在正常发送信号的模式,这样所有电路的匹配电路才是正常的。矢量网络分析仪测量回波损耗时是发出不同频率的扫频正弦波并经相应的窄带接收电路接收反射回来的能量,因此被测件发出的宽带信号会被矢量网络分析仪的窄带接收机过滤掉,不会对测量结果造成影响。而传统的TDR是打出一个宽带的阶跃脉冲并用宽带接收,这样被测件发出的信号会和发射回来的脉冲一起被TDR设备接收到,因此无法进行正常的测试。
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SATA测试常见问题总结-1
热度 3 李凯的技术博客 2014-8-5 17:07
QUESTION: SATA组织的Plugfest会议和Workshop会议有什么区别? ANSWER: Plugfest和Workshop会议都是为了验证SATA设备间的兼容性以及测试方法的有效性而举办的行业会议。区别是Plugfest侧重于产品开发的初期阶段,产品还没有公开,测试方法可能还不确定,参加会议的厂商可以根据自己的需要选择测试和验证方法;而Workshop侧重于产品和标准的成熟阶段,这时测试和验证方法基本统一,各参会厂商是按照协会制定的统一方法进行测试和验证。   QUESTION: SATA的发送信号质量测试中为什么需要不同的码型? ANSWER: 在SATA的测试规范里,对于不同的测试项目要用到不同的测试码型,比如HFTP(High Frequency Test Pattern,1010101010 1010101010b)、MFTP(Mid Frequency Test Pattern,1100110011 0011001100b)、LFTP(Low Frequency Test Pattern,0111100011 1000011100b)、LBP(Lone Bit Pattern,共2048个 Double words长度)等。不同的码型针对不同的测试项目,比如上升/下降时间测量时会使用LFTP的长码型,以避免码间干扰对上升/下降时间测量的影响。还有些测试项目中会用到几种不同的码型以验证被测件发送不同码型时信号参数的变化。用户进行信号调试时可以使用真实传输的数据码型,但是一致性测试时要求必须使用规范规定的测试码型。   QUESTION: 在发送信号质量测试中怎么控制被测件发送不同的测试码型? ANSWER: 通常SATA芯片的供应商可以提供相应的工具控制被测件产生不同的测试码型,如果是Windows平台的系统(比如台式机、笔记本、服务器等的测试),也可以参考ULink公司(http://www.ulinktech.com)提供的软件工具。   QUESTION: 什么是OOB信号,起什么作用? ANSWER: OOB信号(Out-of-Band signaling)是SATA总线上在上电阶段用于主从设备协商的一种特殊信号,用于主从设备间的复位、建立连接、握手、速率协商等。   QUESTION: 需要进行OOB信号的测试吗? ANSWER: OOB信号是数据速率为1.5Gbps一组猝发的脉冲串,脉冲串的宽度和间隔分别代表不同的含义。SATA测试规范要求要进行OOB信号的测试,不过OOB信号的测试项目主要和驱动程序的设置有关,和硬件的布线关系不大。在OOB的测试项目中,既需要验证被测件产生的OOB信号的脉冲串的长度、间隔符合规范,也需要验证被测件检测OOB信号的阈值、间隔判决范围是否正确,因此OOB的测试项目中除了示波器以外还需要额外的码型发生器产生相应的信号和被测件进行OOB信号的交互。
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PCI-E测试常见问题总结-2
李凯的技术博客 2014-7-7 11:28
QUESTION: 在PCI-E的信号质量测试中需要捕获多少的数据进行分析? ANSWER: 按照规范要求,需要捕获至少1M个数据比特进行信号分析。   QUESTION: 如果我的被测件不是标准的PCI-E插槽接口,如何进行PCI-E的协议分析? ANSWER: 如果被测件是标准的PCI-E插槽接口,可以把协议分析仪的Interposer探头插在主板和插卡间引出信号至协议分析仪;如果不是标准的PCI-E插槽接口,可以用飞线探头焊接在连接器或隔直电容上测试,不过如果要测试的线对数量很多,焊接会比较麻烦,所以建议在PCB板上预留Midbus的探头接口(信号事先引出到两排按一定间距排列和定义的焊盘上)。   QUESTION: 使用PCI-E协议分析仪能不能直接告诉我总线上的协议错误? ANSWER: 这取决于具体要分析的错误。PCI-E协议分析仪只是把总线上的数据捕获下来并解包分析,对于一些明显的错误,比如校验错误、帧格式错误等,协议分析仪可以在显示或者统计分析时进行着重显示。但是对于一些更深层次的错误,协议分析仪并不能直接给出pass或fail的结果,而是需要用户对捕获和解码后的数据包的交互过程进行分析,从而判断是否有问题。因此PCI-E的协议分析仪主要用在芯片的BIOS开发等调试阶段。协议的一致性测试需要使用专门的PTC。  
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PCI-E测试常见问题总结-1
李凯的技术博客 2014-7-7 11:25
PCI-E总线是个复杂的总线,也是很多计算机类高速总线的基础,具体的测试可能涉及到从信号质量层面到协议层面的验证。下面根据笔者的经验,对一些PCI-E测试中经常出现的问题做一下列举和总结。   QUESTION: 我的被测件不是标准的PCI-E插槽的金手指的接口,怎么进行PCI-E的测试? ANSWER: 如果是标准的PCI-E插槽的金手指的接口,可以连接PCI-E协议提供的标准的PCI-E夹具进行测试,信号要求按照PCI-E的CEM规范;如果不是标准的PCI-E插槽接口,用点测或焊接探头在信号的发送或接收端进行测试,信号要求可以参考PCI-E的BASE规范。   QUESTION: PCI-E的信号测试中是否一定要使用一致性测试码型? ANSWER: 建议使用一致性测试码型进行信号的测试,这样可以保证测试方法和测试结果的一致性。如果被测件实在发送不出一致性测试码型,也可以用真实的通信中的码型进行测试,但测试出来的幅度、抖动等结果可能和使用一致性测试码型时有细微差异。   QUESTION: 我的被测件发不出标准的PCI-E的一致性测试码型,为什么? ANSWER: 按照PCI-E规范中有关于LTSSM(Link Training and Status State Machine)的定义。PCI-E芯片内部的状态机在检测到对端的匹配电阻存在(差分线的正负端各有50Ω的对地电阻)后,就应该进入Polling状态,在发出Polling 码型一段时间(大约几百ns)后如果收不到对端的回应就要自动进入Polling.Compliance模式,在这种模式下被测件会有一致性测试码型发出。如果没有一致性测试码型发出,可能是没有给被测通道提供正确的匹配,可能是被测件的BIOS的状态机有问题,也可能是被测件的接收端收到了对端的回应而进入了后续的Configuration状态。
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USB3.1测试方案
李凯的技术博客 2014-2-10 13:32
USB作为历史上最普及的外设接口,已经历USB1.1、USB2.0、USB3.0的变迁,速率也从12Mbps提升到480Mbps,之后又跃升至5Gbps,而作为现在最新的技术USB3.1,其速率已经达到10Gbps。在设计上,其物理层和协议层都有显著的变化,因此必然引起测试技术和方案的变化。安捷伦作为测试领域第一大厂家,USB认证测试实验室的关键供应商,将通过本场在线研讨会和大家讨论最新的USB3.1的技术变化,以及安捷伦科技有哪些测试方案,尤其是发射端、接收端,以及电缆等测试技术及方案。 这里是刚刚举办过的USB3.1的最新技术及测试方案的研讨会资料,欢迎大家下载。 http://www.chinawebinar.com/landing/200011.HTM  
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华为上研所八大实验室探秘:余承东为何底气足?
zhangh236_962410130 2014-1-26 15:10
          最近,随着中国4G TD-LTE牌照的发放以及中国移动全球开发者大会的召开等一系列刺激4G发展的利好消息不断释放,使得短时内形成了一股强大的4G热。 我新建的一个SI EMC方面的微信号,大家可以添加,一起交流,我也会不定期把好的信息分享给大家。微信号: SI_EMC   而华为终端掌门余承东也再次释放出其激情:1G看摩托,2G看诺基亚,3G看苹果和三星,4G该看华为的了。     但从即将过去的2013年终端市场看,华为从销售量,销售额及利润,品牌知名度,渠道能力,产业链把控等多个层面都存在很大的差距。如果说学习三星和苹果我认为是谦虚的话,那么总说要超越三星显然有些自不量力。同样的,业界对于联想、中兴、TCL甚至小米等放言超越三星苹果等都是付诸一笑,打铁还需自身硬,这个道理大家都明白。但余承东却能如此不厌其烦的表态要超越三星,说明其还是有底气的,否则白白被人骂,显然老余也不是自虐狂。      余承东的底气到底在哪里?     首先,让我们看看三星,其多位高管已经在很多场合表示对华为的关注,而且认为华为对三星的威胁很大,这和思科CEO钱伯斯如出一辙。不过,11月份我在韩国与三星高层沟通时,他们认为华为仍然没有掌握消费类电子的门道,尤其是如何引领和满足消费者需求方面,华为还有很多路要走。而且在手机关键部件及产业链把控上,华为的能量显然不足。这正应了那句话,战略上重视对手,战术上蔑视对手。华为已经引起三星重视,也足以说明华为终端的竞争力。     其次,即将过去的2013年,华为智能手机出货量有望达到5500万台。而从近期的行业分析报告看,很多咨询机构预测2014年华为智能手机出货量在5000万台,显然,这种预测出现了巨大的误差,华为2013年就超越了2014年的业界预期。华为终端之前预测自己在2015年将稳坐全球智能机第三,这是在功能机大幅度减少的情况下的预测,估计2015年华为智能机出货量在8000万部。     最后,也许是信心的源泉,华为在技术方面的储备和领先性。如果从技术和专利讲,在2G时期,华为等于零,做点边边角角的补充角色。在3G时期,华为有了一定的技术储备和竞争能力,可以分一杯羹,偶尔还能吃块大蛋糕。而到了4G时期,华为在很多领域都有自己的技术和创新,专利储备也处于领先角色,因此可以率先去切蛋糕。     这次走进上研所,是华为组织的一次观摩活动,目的是希望通过参观华为无线和终端实验室,来帮助大家了解华为在这方面的竞争力。     华为终端多名高管均出品自华为无线团队,因此其一贯的作风就是先拿无线说事,我觉得有点自恋和怀旧情结。但不可否认,华为无线的高速成长给这些人莫大的自豪感和动力。     事实上,在LTE时期,“端管云”的思维已经被广泛认同,因此这三者的关系也越发的紧密和重要。比如华为上研所,主要研究领域就是无线和终端,而且上研所也是华为最大的云桌面基地。可以说,上研所正是“端管云”协同研发的思路。     参观完上研所给我的一个疑问是,做手机还有没有门槛可言?     近日在广州召开的中国移动全球开发者大会上,中国移动终端公司总经理何宁透露,TD终端产品合作伙伴数量从2012年的306家增至400家。但如果从销量和品牌角度讲,年出货超1000万的手机厂商估计有25家。     手机曾经是高富帅的象征,其门槛也相当高。在中国企业没有从事手机制造之前,做手机的几乎都是全球五百强企业,比如诺基亚、摩托罗拉、阿尔卡特、爱立信、西门子、索尼、三星、NEC、松下、LG等等,数量最多时也就25家左右。如今在中国手机市场,这一数字是400家。     从这个角度看,手机进入门槛真的越来越低。     这似乎要归功于联发科在中国市场创造的交钥匙解决方案以及其他中国手机芯片如展讯,瑞芯微等企业的参与。但真正要说的,还是中国市场太大,监管也不严格,价格区间需求太宽,知识产权保护薄弱以及资本层面的支持等综合因素。甚至说,中国企业的触角伸向拉美、非洲、东南亚、东欧等欠发达地区,使得中国手机企业除了坐拥全球最大的手机消费市场外,还有广袤的土地去开垦,而且属于低成本开垦。     在中国市场,似乎只要你有渠道能把手机卖出去,就算没多少资金,没有任何技术储备,你也可以玩一把,比如山西某煤老板推的尼采手机销的也不错。甚至这几年受小米的启发,很多连渠道都没有的人,比如罗永浩等人也敢站出来玩一把手机。     也正因为如此,中国手机竞争十分激烈,价格被不断拉低,虽然整体容量很大,但利润普遍很低。这就对那些在正规渠道和市场打拼,立志走高端、品牌路线和全球市场的企业造成巨大的压力。     因为这些企业的成本压力普遍很高,大量的研发人员,不菲的研发投资,品牌营销费用,渠道开拓费用和各种专利支出等等使得手机成本远远高于其他国内厂商。     这次参观华为上研所无线和终端实验室,真的让我感到这个成本的可怕。别人可能年销量100万台就可以有钱赚,而华为这样的公司一年销不出3000万台,恐怕连奖金都没有。     这次在上研所总共参观了华为无线和终端的8个实验室,单纯从每个实验室的投入看,最低的都在400万,最高7000万,而这仅仅是上研所里面的8个实验室的软硬件投资成本。每年的运行成本和数千工程师的投入就更高了。而这些实验室只是为了保证华为手机和网络设备的品质,而这些才是余承东真正的底气。      上研所八大实验室探秘     上研所被誉为躺下的金贸大厦,是上海最大的单体建筑。这是我第三次来上研所参观,每次到这里,才能让我感受到中国高科技企业真正的竞争力。这次参观的八大实验室主要是面向华为无线和终端的实验室,主要是基础测试层面的,所有实验室都通过全球多个标准组织和运营商的认证,从而确保该实验室提供的报告达到各种国际标准的认可。       下面是对8个实验室的简单介绍和相关实验说明,供大家了解一部手机背后的工作。     SAR(人体辐射安全):手机人体辐射检测实验室采用瑞士先进的DASY5 PRO测试系统,该系统经过国际非离子辐射保护委员会(ICNIRP)以及美国联邦通信委员会(FCC)、美国无线通信和互联网协会(CTIA)等机构的认证,可以精确的检测手机辐射对人体的影响程度。这套检测系统2008年底在投入使用,设备投入400万。       10米暗室:电磁兼容实验室采用德国奥尔托先进的10米半波暗室,可提供手机高精度电磁兼容实验,确保手机电磁兼容安全。实验室屏蔽主体为一体化金属屏蔽结构,有三重金属屏蔽体组成,屏蔽效能可以达到100dB该实验室,可以完成手机、大型基站等无线设备的电磁兼容检测。建设上研所时,先直接挖十几米深的大坑,然后再建这个实验室,就是为了屏蔽任何外界电磁干扰。该实验室不仅投入巨大而且颇为壮观。实验室屏蔽结构主体工程耗资1300万,实验室长21.7米,宽13.6米,高8.5米,是目前手机厂商中最大最全的电磁兼容实验室。       通信协议测试实验室:实验室具备2G、3G、4G全套通信协议测试能力,业界领先,为全球多家主流运营商提供通信协议检测服务。尤其在4G时期,多模多频时代,这种测试非常重要。该实验室耗资超过7000万人民币,购买了14套仪表测试系统,建成了业内最大最全的通信实验室。通信协议测试实验室内有两个屏蔽房,其中各有一套4G测试系统,可以完整覆盖2G、3G和4G通信协议测试,尤其是4G部分。       可靠性实验室:使用实验设备模拟产品在应用过程中不断经受自身及外界机械应力的影响,确保产品在规定的条件下,规定的时间内保持功能正常。这个实验室也许是之前很多人常见的,比如50000次反复按压手机电源开关及音频键,10000万次反复插拔音频接口验证磨损度等测试,以确保手机常规使用频繁的功能部件保持工作。       GCTC实验室:环境可靠性实验室致力于产品全球环境准入和可靠性试验业务,拥有一流的环境可靠性试验平台,检测认证能力已通过UL、A2LA、MET、CNAS等多家机构认可。环境气候实验室可以模拟自然界中可能出现的各种极端的气候现象,考验产品的环境适应性及可靠性。目前环境气候实验室共有18台温箱,最大的温箱测试空间为17m3,温变率最快的温箱通过液氮制冷,每分钟可以降温60度,大部分温箱的温度测试范围可以达到-70摄氏度~100摄氏度,湿度范围为0-95%。环境气候试验能够在产品研发过程中将产品的设计缺陷充分激发出来,提供给客户更加稳定可靠的产品。华为手机的销售遍及全球,从俄罗斯的极寒天气到沙特的高温等等,手机所经历的各种环境十分负责,因此这个实验室主要确保华为手机可以在各种极端环境下使用。       MLAB:通过快速跟进和研究移动互联网中用户、终端和业务的趋势与变化,在网络架构,资源效率,用户体验,商业模式上进行方案创新。这类似于大数据研究,运营商现网提供用户在某个阶段用户使用各种业务的实际情况,然后通过分析业务对网络的冲击等等,可以动态调整网络资源,以确保用户体验等。包括在商业模式上的创新,比如流量动态经营等。     大话务量:模拟现网业务模型,构造高负荷测试条件,评估网络设备性能和稳定性,通过大样本测试终端设备的现网业务稳定性。同时能模拟6000台终端设备对系统进行高负荷测试。     音频实验室:采用业界最先进的德国HEAD音频分析系统,可模拟用户的各种通话姿势,通话场景,确保用户在任何环境任何姿势,都能得到最好的声音体验。这个实验室可以模拟数百个不同环境的噪音,比如食堂、机场、汽车里等等各种环境,从而通过软硬件优化,尤其是噪音过滤等方面的技术,提升用户在各种噪音环境中音频的清晰度。       这8个实验室仅仅是华为上研所在终端和无线方面的,在深圳,美国等地,还有不少类似的相关实验室,这些高投入的实验室都是在默默为华为无线和终端产品的品质服务,并不为外界所知,用户所能接受到的只是华为的手机,而且在宣传上,这些都很难被提及。可以说,一部华为手机的背后,有大量的研发和实验设施在保障其品质。       目前来说,华为在4G时期,在网络、终端、终端芯片(海思)三方面开始了协同发力。同时,据介绍,华为也开始和产业链一些重要供货商进行协同创新,通过APR等层面的合作加强共赢,这些措施可以提高华为在产业链把控层面的能力。可以看到,余承东虽然嘴上天天说要超越三星,但对三星目前的优势和自己的劣势也有十分清晰的认识,并且在长远布局上开始进行发了,接下来几年,华为要做的还是不断提升产品的品质,同时不断提升全球消费者对华为的认知度。     也许是三年,也是是五年,也许是十年,华为无线部门这些曾经的悍将们,有的是时间!     4G已来,机会不远!
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100G以太网测试带来的挑战(1)
热度 2 李凯的技术博客 2013-5-6 09:31
以下文章整理自胡海洋先生发表的相关文章:       在PC、移动设备以及互联网电视上流畅的观看高清晰(HD)视频,快速访问存储在云计算中的内容,在3D游戏中能够敏捷的运动,而且图像非常漂亮。这些都需要更高的带宽,这也是高速数据接口从10Gb/s数据速率向更高的25-28Gb/s速率转变的原始动力。        涉及这个领域的不仅仅是10G以太网向100GbE的过渡、16x 光纤通道(14.025Gb/s)到32x光纤通道(28.05Gb/s)的转化、同时也包括OIF 及InfiniBand等等诸多标准。下图列出了最新高速数据接口的多种规范及针对应用。显而易见,在这些新接口标准中,25-28Gb/s将逐渐成为下一代数据网络的主导速率。           然而,随着数据速率的提高,也带来了新的问题:长期以来,10Gb/s一直都是铜线传输的极限。10Gb/s信号在铜线中可传输7米,14Gb/s就缩短到3米了。到了25-28Gb/s,就需要在每个电缆末端安装有源收发芯片的有源电缆(Active Cable),来达到3-5米的传输距离,当然,铜线传输问题可以过光纤传输来加以克服,但即便采用光纤为传输介质,原始数据的产生和最终处理仍然是在电路里面。而25-28Gb/s信号在PCB上的电路系统里面也是传输的极限。25G-28Gb/s信号在PCB中传输6英寸,就开始大大衰减,需要更多的补偿电子芯片来保存、重建和重新发送这些信号。需要重新定时、时钟/数据恢复(CDR)、预加重、甚至DSP来使的芯片-芯片、芯片-模块、以及背板的电信号传送成为可能。为了保证电接口信号质量,如何准确测试如此高速率的电接口,并获得一致性测试结果,则成为设计开发者需要认真对待的问题。
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SATA简介及信号测试方法-更新
李凯的技术博客 2012-10-30 10:03
在台式机、笔记本**务器的应用中,硬盘是必不可少的存储介质,传统的硬盘和计算机主板间的连接接口是并行的ATA接口。为了能够提供更高的传输速度和更方便的连接,目前串行ATA(Serial ATA,即SATA)已经取代并行ATA成为硬盘接口的主流。SATA用7pin的连接器取代了传统并行ATA的40pin电缆,因此连接更加方便,还可以支持热插拔。SATA用两对差分线提供双向数据收发,因此可以用比较小的信号摆幅提供更高的传输速率,而且差分线本身具有更好的抗干扰能力和更小的EMI,因此可以支持更长的电缆传输。 目前市面上的SATA标准主要有SATA1和SATA2和SATA 6G两种,SATA1的数据速率到1.5Gbps,SATA2的数据速率到3Gbps,SATA6G的数据速率到6Gbps。由于SATA的信号速率比较高,因此要对SATA信号进行可靠的探测,对于示波器器和探头的要求也非常高。SATA的信号电气规范主要是参照SATA-IO发布的SATA规范的。我们通常会根据信号的上升时间来估算需要的示波器和探头带宽,下图是SATA对于信号上升时间的要求:     我们看到SATA 6G的信号最快上升时间是33ps,按照SATA的规范,对于SATA 6G的信号测试需要至少12GHz带宽的示波器。除了带宽满足要求以外,由于SATA的最小信号摆幅只有240mV,SATAII的信号bit宽度只有167ps,因此要进行准确的信号测量,需要示波器的底噪声和固有抖动都比较小。Agilent的90000X系列示波器由于具有业内最小的底噪声和触发抖动,最平坦的带内频响特性和很小的Return Loss,因此非常适合于进行象SATA这样的高速信号的测量。     要进行SATA信号的测试,只有示波器是不够的,为了方便地进行SATA信号的分析,还需要有测试夹具和测试软件。测试夹具的目的是把SATA信号引出,提供一个标准的测试接口以方便测试,测试夹具可以从第三方公司购买。下图是一种夹具的图示。   另外,SATA-IO规定了很多SATA信号的参数,对于电气参数,参考的是SATA规范的7.2节。如果不借助相应的软件,要完全手动进行这些参数的测量是一件非常烦琐和耗时耗力的工作,为了便于用户完成SATA信号的测量,Agilent在Infiniium系列示波器上提供了SATA的一致性测试软件N5411B。 下图是N5411B SATA一致性测试软件提供的测试项目。     这个软件的使用也非常简便,用户只需要顺序选择好测试速率、测试项目并根据提示进行连接,然后运行测试软件即可。下图是软件中提供的一个连接示意图:   软件运行后,示波器会自动设置时基、垂直增益、触发等参数并进行测量,测量结果会汇总成一个html格式的测试报告,报告中列出了测试的项目、是否通过、spec的要求、实测值、margin等。如下图所示:       
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高速数字信号分析方法总结
李凯的技术博客 2012-10-30 09:27
       通过前面几篇文章介绍,我们可以看到,做为一个高速数字电路设计或测试的工程师,仅仅借助于传统的时域方法去对信号和传输通道进行研究面临很多制约。但如果掌握一些射频微波的知识,数字工程师就可以借助于频谱仪分析信号频谱从而了解信号的频率分布及对带宽的要求;可以借助矢量网络分析仪分析传输通道的S参数从而了解通道的阻抗变化、对不同频率的反射和损耗情况以及预测对信号的影响;可以了解预加重、均衡等技术对高频损耗的补偿效果;可以借助信号源分析仪进行更精确的时钟抖动测量。      射频微波领域的这些成熟的分析方法和测量手段可以为数字工程更深刻了解其高速信号提供更多有用信息,进一步拓展了数字工程师对高速信号的分析能力。
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为什么数字工程师需要了解些射频知识?-之三:信号处理技术
李凯的技术博客 2012-10-24 13:27
      既然传输通道的ISI的影响可以通过事先对传输通道的特性进行精确测量而预测出来,那么就有可能对其进行修正。发送端的预加重和接收端的均衡电路就是两种最常见的对通道传输的影响进行补偿的方法。传输通道最明显的影响是其低通的特性,即会对高频信号进行比较大的衰减。对于一个方波信号来说,其高次谐波对于信号形状的影响很大,如果所有高次谐波全部被衰减掉了,方波看起来就象个正弦波了。         预加重(Pre-emphasis)是一种在发送端事先对发送信号的高频分量进行补偿的方法。这种方法是增大信号跳变边沿后第一个bit(跳变bit)的幅度(预加重)。比如对于一个00111的序列来说,做完预加重后序列里第一个1的幅度会比第二个和第三个1的幅度大。由于跳变bit代表了信号里的高频分量,所以这种方法有助于提高发送信号里的高频分量。在实际实现时,有时并不是增加跳变bit的幅度,而是相应减小非跳变bit的幅度,这种方法有时又叫去加重(De-emphasis)。         当信号速率进一步提高或者传输距离较长时,仅仅使用发送端的预加重技术已不能充分补偿传输通道带来的损耗,这时就需要在接收端同时使用均衡技术来提高信号质量以保证正确的0/1判决。常见的信号均衡技术有3种:CTLE(continuous time linear equalizer ),FFE(feed forward equalization)和DFE(decision feedback equalizer)。       CTLE是在接收端提供一个带通滤波器,这个带通滤波器可以对信号里的主要高频分量进行放大,这点和发送端的预加重技术带来的效果是类似的。FFE则是根据相邻bit的电压幅度的加权值来进行幅度的修正,每个相邻bit的加权系数直接和通道的冲击响应有关。CTLE和FFE都是线性均衡技术,而DFE则是非线性均衡技术。DFE技术是通过相邻bit的判决电平对当前bit的判决阈值进行修正,设计合理的DFE可以有效补偿ISI对信号造成的影响。但是DFE正确工作的前提是相邻bit的0/1电平是判决正确的,所以对于信号的信噪比有一定要求。一般情况下是先用CTLE或FFE来把信号眼图打开,然后再用DFE进一步优化。        这张图显示了均衡技术对信号的改善,实际上如果均衡方法和均衡器系数设置合适,信号的眼图质量可能会得到很大的改善。
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为什么数字工程师需要了解些射频知识?-之二:传输线对数字信号的影响
李凯的技术博客 2012-10-22 10:02
      通过前面的研究我们知道数字信号的频谱是分布很宽的,其最高的频率分量范围主要取决于信号的上升时间而不仅仅是数据速率。当这样高带宽的数字信号在传输时,所面临的第一个挑战就是传输通道的影响。         真正的传输通道如PCB、电缆、背板、连接器等的带宽都是有限的,这就会把原始信号里的高频成分销弱或完全滤掉,高频成分丢失后在波形上的表现就是信号的边沿变缓、信号上出现过冲或者震荡等。   另外,根据法拉第定律,变化的信号跳变会在导体内产生涡流以抵消电流的变化。电流的变化速率越快(对数字信号来说相当于信号的上升或下降时间越短),导体内的涡流越强烈。当数据速率达到约1Gb/s以上时,导体内信号的电流和感应的电流基本完全抵消,净电流仅被限制在导体的表面上流动,这就是趋肤效应。趋肤效应会增大损耗并改变电路阻抗,阻抗的改变会改变信号的各次谐波的相位关系,从而造成信号的失真。         除此以外,最常用来制造电路板的FR-4介质是玻璃纤维编织成的,其均匀性和对称性都比较差,同时FR-4材料的介电常数还和信号频率有关,所以信号中不同频率分量的传输速度也不一样。传输速度的不同会进一步改变信号中各个谐波成分的相位关系,从而使信号更加恶化。         因此,当高速的数字信号在PCB上传输时,信号的高频分量由于损耗会被销弱,各个不同的频率成分会以不同的速度传输并在接收端再叠加在一起,同时又有一部分能量在阻抗不连续点如过孔、连接器或线宽变化的地方产生多次反射,这些效应的组合都会严重改变波形的形状。要对这么复杂的问题进行分析是一个很大的挑战。         值得注意的一点是,信号的幅度衰减、上升/下降时间的改变、传输时延的改变等很多因素都和频率分量有关,不同频率分量受到的影响是不一样的。而对数字信号来说,其频率分量又和信号中传输的数字符号有关(比如0101的码流和0011的码流所代表的频率分量就不一样),所以不同的数字码流在传输中受到的影响都不一样,这就是码间干扰ISI(inter-symbol interference ISI)。         为了对这么复杂的传输通道进行分析,我们可以通过传输通道冲击响应来研究其对信号的影响。电路的冲击响应可以通过传输一个窄脉冲得到。理想的窄脉冲应该是宽度无限窄、非常高幅度的一个窄脉冲,当这个窄脉冲沿着传输线传输时,脉冲会被展宽,展宽后的形状和线路的响应有关。从数学上来说,我们可以把通道的冲击响应和输入信号卷积得到经通道传输以后信号的波形。冲击响应还可以通过通道的阶跃响应得到,由于阶跃响应的微分就是冲击响应,所以两者是等价的。         看起来我们好像找到了解决问题的方法,但是,在真实情况下,理想窄的脉冲或者无限陡的阶跃信号是不存在的,不仅难以产生而且精度不好控制,所以在实际测试中更多地是使用正弦波进行测试得到频域响应,并通过相应的物理层测试系统软件得到时域响应。相比其它信号,正弦波更容易产生,同时其频率和幅度精度更容易控制。矢量网络分析仪VNA(vector network analyzer)可以在高达几十GHz的频率范围内通过正弦波扫频的方式精确测量传输通道对不同频率的反射和传输特性,动态范围达100dB以上,所以现代在进行高速传输通道分析时主要会用矢量网络分析仪去进行测量。         被测系统对于不同频率正弦波的反射和传输特性可以用S参数(S-parameter)表示,S参数描述的是被测件对于不同频率的正弦波的传输和反射的特性。如果我们能够得到传输通道对于不同频率的正弦波的反射和传输特性,理论上我们就可以预测真实的数字信号经过这个传输通道后的影响,因为真实的数字信号在频域上看可以认为是由很多不同频率的正弦波组成的。         对于一个单端的传输线来说,其包含4个S参数:S11、S22、S21、S12。S11和S22分别反映的是1端口和2端口对于不同频率正弦波的反射特性,S21反映的是从1端口到2端口的不同频率正弦波的传输特性,S12反映的是从2端口到1端口的不同频率正弦波的传输特性。对于差分的传输线来说,由于共有4个端口,所以其S参数更复杂一些,一共有16个。一般情况下会使用4端口甚至更多端口的矢量网络分析仪对差分传输线进行测量以得到其S参数。           如果得到了被测差分线的16个S参数,这对差分线的很多重要特性就已经得到了,比如说SDD21参数就反映了差分线的插入损耗特性、SDD11参数就反映其回波损耗特性。         我们还可以进一步通过对这些S参数做过反FFT变换得到更多信息。比如对SDD11参数变换得到时域的反射波形(TDR:Time Domain Reflection),通过时域反射波形可以反映出被测传输线上的阻抗变化情况。我们还可以对传输线的SDD21结果做反FFT变换得到其冲击响应,从而预测出不同数据速率的数字信号经过这对差分线以后的波形或者眼图。这对于数字设计工程师都是些非常有用的信息。         用矢量网络分析仪( VNA )对数字信号的传输通道进行测量,一方面借鉴了射频微波的分析手段,可以在几十 GHz 的频率范围内得到非常精确的传输通道的特性;另一方面,通过对测量结果进行一些简单的时域变换,我们就可以分析出通道上的阻抗变化、对真实信号传输的影响等,从而帮助数字工程师在前期阶段就可以判断出背板、电缆、连接器、 PCB 等的好坏,而不必等到最后信号出问题时再去匆忙应对。
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MHL的接收设备测试方法
李凯的技术博客 2012-7-23 16:39
    前面一篇文章介绍的MHL的信号测试项目主要针对MHL的源设备(Source设备)如手机等,其产生的信号质量好坏是通过示波器和相应的夹具、探头、软件配合完成。而对于MHL的接收设备(Sink设备)如显示器、电视等来说,其主要用于接收MHL的信号并进行显示。高速的MHL信号经过电缆传输以后信号质量都会有比较大的恶化,最典型的影响是由于线路损耗、电路噪声、串扰等带来的信号抖动以及幅度的变化,如果接收设备对于恶劣信号的容忍能力不够,可能就会出现一些兼容性的问题,最典型的表现是更换不同的源设备、电缆或工作环境时出现显示不正常的情况。当然,这并不是说让被测设备对于任意恶劣的信号都能接收,而是说对于一些规定的恶化程度的信号要能正常接收,这样才有一个标准可以遵循。按照规范,这些信号恶化包括信号直流电平的变化、信号共模和差模电压的变化、信号的抖动以及差分线间时延差的变化。为了精确地模拟出各种信号的恶化情况,就需要有一台参数可控的MHL信号发生器,这台发生器要能够在程序的控制下精确模拟出各种恶化后的信号来对被测件进行测试,这就是MHL的接收容限测试。     对于很多做MHL设备开发的人员来说,大部分都是从事过HDMI设备的开发的。HDMI的Sink设备测试绝大部分用户和官方的HDMI认证实验室使用的都是Agilent的E4887A的HDMI信号发生器。E4887A是台模块化的多路高速码型发生器,在HDMI测试中用于产生多路的高速HDMI信号并对信号进行抖动、时延、幅度等的恶化。为了保护用户已有的投资,Agilent的MHL接收设备测试也是基于E4887A的平台,当然需要对这个平台进行一些软件上的升级并增加一些MHL测试的附件如测试夹具、时间转换器(TTC)、通道模拟器等。下图是HDMI和MHL的测试平台的比较,我们可以看到主要的测试设备没有太大变化,只是外部接线的方法和测试附件、测试软件有一些变化。     对于MHL测试需来说,由于不需要象HDMI那样同时产生4路输出信号(1路clock和3路data),所以引线相对较少。但是由于MHL信号中有共模的时钟信号和差模的数据信号,所以需要占用码型发生器的2个通道用来合路成真正的MHL信号。另外MHL需要用到一些特殊的测试夹具、电缆仿真器、时间转换器等,下图是MHL接收端测试用到的测试夹具。     除了硬件设备以外,测试软件的配合也是必不可少的。针对MHL的接收设备测试Agilent也提供了N5990A的测试软件平台。N5990A有不同的选件分别针对不同的应用,比如有的选件针对PCIE,有的选件针对USB3,有的选件针对MHL等。     N5990A软件采用向导式的设计,配置完测试设备的属性后直接进入测试界面,测试软件会控制测试设备产生出符合MHL的帧格式和电气要求的信号码流,测试中是通过判断接收后显示图像是否正常来验证接收设备的接收能力。下图是N5990A软件的设置和测试界面。     测试软件在测试中要控制测试设备产生符合规定的恶化程度的信号,这个信号即不能恶化得不够,也不能恶化过了,那么如何保证信号的恶化程度符合规范呢?这就需要对输出信号进行校准。因此测试软件在运行测试前会先把输出信号接示波器进行校准,如果恶化不够,就再增加点恶化,比如如果摆幅不够就再增加一下摆幅、抖动过了就再减小些抖动。校准完成后校准数据会存在一个校准表里,以后测试时只要连接线不变就不用再校准了,所以在系统的校准阶段会用到示波器,实际测试过程中就不用了。另外很多总线的接收端的测试需要的测试附件比较多,连接也比较复杂,所以在测试过程中需要用户更改连接时N5990A软件会停下来用图形化的方式提示用户更改连接,下图是校准过程中的一个连接图。     测试完成以后,N5990A软件会自动进行测试结果的保存并生成Excel格式的测试报告。测试报告中除了有测试时间、测试设备名称、测试软件版本号、测试项目列表、测试结果的总结以外,还有各个测试项目及校准数据的详细图表供后续分析和问题定位用。下图是测试完成后自动生成的测试报告。  
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【博客大赛】原创--测量基础:什么是测量
热度 1 walnutcy_696810119 2012-3-29 18:12
写在正文之前: 适逢EDNChina搞活动,而我本人也算在测量业工作,就一起作下笔记吧。若有错误,请大家一起斧正。笔者写本文一方面是梳理知识,另一方面也希望与大家探讨有关测量的知识、应用等,希望各位XDJM且不可看到测量就认为是示波器、万用表。 笔者本人是搞GNSS应用的,属于大地测量,通俗点讲各位所用的导航定位、电子狗报警、林业测量、农业测量、位置跟踪等有可能就出自我们这一行。   既然是讲测量基础,那就先搞清楚什么是测量,这里笔者walnutcy引用wiki中对测量Measurement的定义,如下: Measurement is the process or the result of determining the ratio of a physical quantity , such as a length, time, temperature etc., to a unit of measurement , such as the meter, second or degree Celsius. The science of measurement is called metrology . 测量是确定物理量量值的过程,会产生测量结果,且测量结果由数值与尺度组成。例如我们所说的长度、时间、温度等,测量结果都是几米、几秒、几度等。测量科学属于计量范筹,也称之为度量衡学。 如下图所示,这些均为测量工具,也是我们测量过程中必不可少的部分;若无工具,则由测量变为估量,属于根据经验的估测,并不科学,但同样有参考价值。 就我们电工常用的,是电子信号测量,常用的有温度计、万用表、示波器、逻辑分析仪等,就我个而言,还用过音频分析仪、射频分析仪等都属于电子测量仪器。   测量 ,由四个要素组成:测量对象、测量方法、计量单位、测量准确性。 测量对象自不必说,就是我们准备测量的物理量或特征量,可能是有形的物体,也可能是无形的信号量,如测火车轨的长度即为有形物体,测人体温度即为无形信号。 测量方法,指导测量过程;例如我们准备测试串口线发送的数据,那就要考虑是采集波形来读位?还是先示波器测出波特率及奇偶、停止位特征,再用电 脑采集数据?或是用用逻辑分析仪来采集波形,然后用其自动分析功能?等等,不一一枚举。这不同的方法是不是意味着你要准备不同的测量工具,花不同的测量分 析时间?想来各位XDJM已有分晓。 计量单位,一般常用国际标准,如伏V,安A,秒S,米M等。当然你也可以自定义单位,如一勺两勺,勺你自己选。 测量准确性,这个与你要达到的目标有关,比如我们导航一般5~10米的精度即可,林业农业可能就需要亚米的精度,CORS网那就需要更高的精度。   先聊这么说,下回继续。    
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MHL信号测试方法
李凯的技术博客 2012-3-20 09:56
       对于MHL设备来说,其测试需要的设备主要有高带宽示波器、探头、MHL夹具以及MHL的自动测试软件。MHL测试需要8GHz带宽的示波器和探头,Agilent推荐的示波器型号是DSA90804A,此如果用户已经有这款或类似示波器在做HDMI测试,可以在这个基础上直接进行升级。MHL测试典型连接图如下。           测试中用测试夹具把被测的MHL信号引出,并跟据不同的测试项目选择不同的测试连接方式。MHL信号测试的项目主要分为以下几类: 单端信号测量:主要是测试MHL+/-两根信号线各自的高低电平、待机电平、线对间时延等参数。 差分测量:主要是测试MHL+/-两根信号线相减后信号的上升、下降时间、摆幅等参数。 共模测量:主要测试共模时钟信号的上升、下降时间、摆幅、抖动、占空比等参数。 信号眼图测量:即测量差分数据信号相对于提取出的共模时钟信号的眼图。           根据MHL规范的要求,MHL的Source设备的测试需要用测试夹具在TP1点进行测试,TP1点即Source设备的信号输出的连接器处。测试夹具用于把测试信号引出,夹具上需要有相应的电路能分别分别检测出共模的时钟信号和差模的数据信号。测试夹具应满足MHL分别对差模和共模阻抗的要求,即共模阻抗Zct=30Ω,差模阻抗Zdt=100Ω。测试夹具除了提供相应的信号匹配外还有相应的单端、差模信号和共模时钟提取电路,以方便把单端、差模信号和共模时钟提取出来进行信号测试。为了使DUT能够输出MHL的信号,测试中测试夹具还连接专用的C-BUS控制来控制DUT产生测试信号。没有C-BUS控制器时也可以接MHL转HDMI的dongle设备。下图是MHL的测试夹具。           由于MHL测试项目很多,不同测测试需要不同的连接和设置,没有指导的话人为操作很容易出错,且不同测试项目设置参数不一样可能也会得到不同的测试结果。为了提高测试效率并保证测试结果的一致性,Agilent在业内最早提供了N6460A的MHL一致性测试软件。           在测试软件中选择相应测试项目后,测试软件会有图形化的设置来指导如何连接探头、夹具以及被测件。当DUT产生出需要的被测信号后,测试软件就会自动捕获信号进行测试和分析,并把测试结果保存成测试报告。下图是软件实际运行时的情况。   软件运行完成后会自动生成相应的测试报告,列出测试项目是否通过以及详细的测试结果。下图是最后 生成的测试报告。      
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