作者丨鼎陽科技 馬烈旭
概述
下一代計算機和通信系統將處理每秒幾千兆位的數據速率。許多系統將采用超過千兆赫時鐘頻率的處理器和 SERDES 芯片組。
隨著交換機、路由器、服務器刀片和存儲區域網絡設備向 800 Gbps、1.6Tbps 數據速率發展，新的令人困擾的輸入/輸出問題也隨之出現，為這些系統選擇芯片到芯片、芯片到模塊和背板技術的數字設計工程師發現了以前從未遇到過的信號完整性挑戰。
傳統的并行總線拓撲已經耗盡了帶寬。隨著并行總線變得越來越寬，PCB 板上布線的復雜性和成本急劇增加，數據和時鐘線之間不斷增大的偏差在并行總線中越來越難以解決。
解決方案是快速串行通道。較新的串行總線結構已迅速取代了高速數字系統的并行總線結構，工程師們一直在轉向使用多種具有嵌入式時鐘的千兆位串行互連協議，以實現簡單布線和每個通道更多帶寬的目標。
挑戰
新的串行總線需要提高其數據速率。隨著數據速率通過串行互連增加，數據從邏輯電平0轉換到1的上升時間變得更短。這種較短的上升時間會在阻抗不連續處產生更大的反射，并降低通道末端的眼圖。因此，物理層組件（如印刷電路板走線、連接器、電纜和 IC 封裝）不再被忽略。
為了保持整個通道的信號完整性，工程師們正在放棄單端電路，轉而使用差分電路。差分電路提供良好的共模抑制比 (CMRR)，并有助于屏蔽相鄰的 PCB 走線免受串擾。設計合理的差分傳輸線將最大限度地減少模式轉換的不良影響，并提高最大數據速率吞吐量。但是差分信號之間的測試是不太直觀的。
差分傳輸線與高速數據的微波效應相結合，使得數字設計工程師需要新的設計和驗證工具。通過測量和測量后分析了解信號傳播的基本特性對于當今尖端的電信和計算機系統而言必不可少。傳統的時域反射計 (TDR) 仍然是一種非常有用的工具，但很多時候需要矢量網絡分析儀 (VNA) 來全面表征物理層組件。工程師們迫切需要一種測試和測量系統，以便能夠簡單地表征高速數字互連中出現的復雜微波行為。
許多高速協議已采用 SDD21 參數（輸入差分插入損耗）作為確保通道合規性的必需測量。此參數表示差分信號在通過高速串行通道傳播時的頻率響應。
解決方案
鼎陽科技矢量網絡分析儀SNA5000/6000系列配備開關矩陣SSM5000A系列開關矩陣，可以實現最多24端口的擴展。
配合TDR選件或TDA選件，能實現多端口線束、高速PCB時域反射、特性阻抗、混合模S參數等多種參數的高速、精確測量。
圖1 鼎陽矢量網絡分析儀SNA6000系列配備開關矩陣SSM5000A開關矩陣實現24端口擴展
SSM5000A系列開關矩陣可以通過USB線纜和網絡分析儀SNA5000/6000連接，實現“內生”的端口擴展，即在SNA5000/6000的主界面上能直接調出開關矩陣的端口，例如直接測試S24,23（端口23到24的傳輸）。并且可以使用鼎陽4端口電子校準件快速校準（圖2）。
圖2 多端口電子校準件的校準向導
SSM5000A可以把任意兩個下級端口和網分的端口連接，即可實現任意Sxx、Sxy參數的測量。
鼎陽SNA5000/6000矢量網絡分析儀提供TDR和TDA兩種時域測試選件，TDR增強型時域反射測量采用向導式操作，快速實現傳輸線特性阻抗測量（圖3），內嵌方便的Deskew功能，快速消除夾具、探頭等影響。
在TDT（時域傳輸測試）模式下，可以生成“理想”高速數字信號經過網絡之后的眼圖（圖3），并可以支持數據的預加重、均衡和抖動注入。TDR適合研發和生成測試。
圖3 使用鼎陽矢量網絡分析儀SNA6000/6000的TDR選件方便的測試傳輸線特性阻抗
圖4 TDT模式下的眼圖測試
TDA是更精簡高效（價格也略低）的時域測試，能實現特性阻抗等測試，可以同時顯示時域和頻域測試結果，但是不能生成眼圖。而TDA選件目前能完整的支持SSM5000A系列開關矩陣，實現多端口的線纜、線束、PCB板測試。適合于生產線的大批量測試。
圖5 TDA模式下的特性阻抗測試
小結
面對高速數據傳輸的挑戰，工程師們不斷探索新的技術路徑，如差分電路與千兆位串行互連，以克服傳統并行總線的局限。借助鼎陽科技矢量網絡分析儀SNA5000/6000系列配備開關矩陣SSM5000A系列開關矩陣進行測量及校準，搭配時域測試選件，即可應對復雜的測試需求，以確保高速數字互連的性能與可靠性。
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SIGLENT
深圳市鼎陽科技股份有限公司（簡稱“鼎陽科技”，股票代碼：688112）是國家重點“小巨人”企業，是全球極少數具有數字示波器、信號發生器、頻譜分析儀和矢量網絡分析儀四大通用電子測試測量儀器主力產品研發、生產和銷售能力的通用電子測試測量儀器企業，同時也是國內極少數同時擁有這四大主力產品并且四大主力產品全線進入高端領域的企業。公司總部位于深圳，在美國克利夫蘭、德國奧格斯堡和日本東京成立了子公司，在成都成立了分公司，在北京、上海、西安、武漢、南京設立了辦事處，產品及服務遠銷全球80多個國家及地區。
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