高速眼圖測(cè)試中的去嵌問(wèn)題

在高速數(shù)字通信系統(tǒng)中，信號(hào)的完整性和質(zhì)量是至關(guān)重要的。為了確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性，工程師們經(jīng)常需要借助各種測(cè)試工具和技術(shù)來(lái)分析和評(píng)估信號(hào)質(zhì)量。其中，高速信號(hào)眼圖測(cè)試就是一種非常有效和常用的方法。

 “眼圖”是一種通過(guò)示波器顯示的高速數(shù)字信號(hào)的時(shí)域波形圖，它得名于其形狀類似于人眼的開(kāi)口。眼圖能夠直觀地展示數(shù)字信號(hào)的多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，如幅度、時(shí)間間隔、抖動(dòng)、噪聲等，從而幫助工程師快速判斷信號(hào)質(zhì)量的好壞。 

高速信號(hào)眼圖測(cè)試的基本原理是，通過(guò)示波器捕捉并顯示高速數(shù)字信號(hào)在一段時(shí)間內(nèi)的波形。示波器的高采樣率和寬帶寬能夠確保捕捉到信號(hào)中的高頻成分和快速變化。在眼圖上，每個(gè)數(shù)字比特都對(duì)應(yīng)一個(gè)“眼睛”的張開(kāi)和閉合。如果信號(hào)質(zhì)量良好，眼圖的“眼睛”會(huì)張開(kāi)得比較大，且形狀規(guī)則；反之，如果信號(hào)受到噪聲、抖動(dòng)或失真等因素的影響，眼圖的“眼睛”會(huì)變小、變形甚至閉合。 眼圖測(cè)試的優(yōu)點(diǎn)在于它能夠提供豐富的信息，幫助工程師全面了解信號(hào)的質(zhì)量與性能。例如，通過(guò)眼圖可以觀察到信號(hào)的幅度是否穩(wěn)定、時(shí)間間隔是否均勻、是否存在抖動(dòng)或漂移等問(wèn)題。此外，眼圖還可以用于評(píng)估信號(hào)的噪聲容限和誤碼率等關(guān)鍵指標(biāo)。去嵌/去嵌入（De-embedding）技術(shù)是微波測(cè)量的重要技術(shù)之一，主要目的是消除寄生元件、部件對(duì)實(shí)際被測(cè)器件(DUT)的影響。為了確保測(cè)量值為實(shí)際被測(cè)器件的本身特性，必須進(jìn)行去嵌（De-embedding）。 高速測(cè)試系統(tǒng)中用到的夾具/線纜/連接器等都會(huì)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)造成影響，測(cè)試值永遠(yuǎn)不等于真實(shí)值。為了最大限度的減少測(cè)試值與真實(shí)值之間的差別，可以使用示波器的去嵌及實(shí)時(shí)去嵌功能，以消除夾具/線纜/連接器等對(duì)真實(shí)信號(hào)造成的影響。 以USB3.2高速串行差分信號(hào)測(cè)試為例，USB3.2 Gen1速率5Gbps、USB3.2 Gen2速率高達(dá)10Gbps，測(cè)試時(shí)需要使用到SMA線纜、adapter及測(cè)試夾具，盡量無(wú)損的傳輸5Gbps或10Gbps的高速串行差分信號(hào)。當(dāng)信號(hào)速率非常高，且指標(biāo)要求非常嚴(yán)格，則夾具/線纜/連接器等的使用就會(huì)給信號(hào)測(cè)量帶來(lái)非常明顯的影響。測(cè)試就需要通過(guò)去嵌（De-embedding）的方法來(lái)消除夾具/線纜/連接器等對(duì)信號(hào)造成的影響。
使用R&S示波器的實(shí)時(shí)眼圖

1、去嵌（De-embedding）之前，需要提前獲取夾具/線纜/連接器等的S參數(shù)

獲得夾具/線纜/連接器等的S參數(shù)，可以通過(guò)R&S的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀VNA（eg：ZNA/ZNB/ZND等）測(cè)試直接得到，相應(yīng)的文件格式為s2p/s4p。

圖1 使用R&S的ZNB20矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試“SMA線纜（ZA17）”及“SMA線纜+6dB衰減器”（圖中紅框部分）的S參數(shù)（兩根SMA線纜長(zhǎng)度不同，造成差分信號(hào)正負(fù)級(jí)延遲不同；且連接了6dB衰減器，使得差分信號(hào)的幅度有50%的衰減）

圖2 矢網(wǎng)測(cè)試得到的s2p文件， 其中：“SMA線纜（ZA17）”的s2p文件為：ZA17_s2p.s2p

“SMA線纜+6dB衰減器”的s2p文件為：ATT_cable_s2p.s2p

2、利用示波器中的實(shí)時(shí)去嵌功能實(shí)現(xiàn)對(duì)夾具/線纜/連接器等進(jìn)行去嵌（De-embedding）

將夾具/線纜/連接器等的S參數(shù)文件導(dǎo)入到R&S RTP示波器中，以實(shí)現(xiàn)對(duì)夾具/線纜/連接器等的實(shí)時(shí)去嵌。

圖3  R&S RTP示波器去嵌界面

圖4  R&S RTP示波器去嵌，參數(shù)配置界面（2根單端信號(hào)轉(zhuǎn)差分信號(hào)）設(shè)置了“線纜”和“連接器（ZA16）”兩個(gè)去嵌
R&S RTP示波器實(shí)時(shí)去嵌（Realtime De-embedding）示例

本示例為對(duì)上圖1所示的“SMA線纜（ZA17）”及“SMA線纜+6dB衰減器”在USB3.2Gen1眼圖測(cè)試中進(jìn)行去嵌。

圖5 USB3.2Gen1眼圖測(cè)試連接示意圖

圖6 USB3.2Gen1眼圖測(cè)試實(shí)測(cè)連接圖

Step1：

首先，分別連接USB3.2Gen1的差分正負(fù)信號(hào)，其中正端使用“SMA線纜（ZA17）”連接示波器端口1和USB3.0夾具“＋端”，負(fù)端使用“SMA線纜+6dB衰減器”連接示波器端口3和USB3.0夾具“－端”。因?yàn)椤蓝丝谟?dB的衰減，且兩根SMA線纜長(zhǎng)度不同，造成USB3.2Gen1的差分信號(hào)正負(fù)級(jí)幅度有一倍的差別，且有一個(gè)明顯的延遲。差分信號(hào)的±端實(shí)測(cè)結(jié)果如下圖所示：

圖7 USB3.2Gen1差分正負(fù)信號(hào)（因C3負(fù)端接了一個(gè)6dB衰減器，故其幅度僅為C1正端一半。C1與C3 SMA線纜長(zhǎng)度不一致，造成C1與C3之間有一個(gè)明顯的延遲）

Step2：

使用R&S RTP示波器的硬件“單端轉(zhuǎn)差分”功能，把單端信號(hào)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)。測(cè)試結(jié)果如下圖所示：

圖8 RTP硬件“單端轉(zhuǎn)差分”（因C1與C3幅度差別較大，造成差模/共模信號(hào)質(zhì)量都較差）

Step3：

使用R&S RTP示波器的“高級(jí)眼圖分析”功能生成經(jīng)過(guò)這兩段線纜的USB3.2Gen1信號(hào)的眼圖，并測(cè)量眼寬/眼高等參數(shù)。其結(jié)果如下圖所示：

圖9 RTP“高級(jí)眼圖分析”生成眼圖（眼圖質(zhì)量較差） 

Step4：

分別在上述3組測(cè)試中開(kāi)啟“實(shí)時(shí)去嵌”功能。將這兩根SMA線纜（含衰減器）的S參數(shù)導(dǎo)入RTP示波器的“去嵌功能”中，對(duì)這兩根SMA線纜分別進(jìn)行實(shí)時(shí)去嵌。

圖10 USB3.2Gen1差分正負(fù)信號(hào)（去嵌后，正負(fù)端幅度/延遲影響都已去除）

圖11 RTP硬件“單端轉(zhuǎn)差分”（去嵌后，差模/共模信號(hào)質(zhì)量較好）

圖12 RTP“高級(jí)眼圖分析”生成眼圖（去嵌后，眼圖質(zhì)量較好）

上圖中的眼圖為通過(guò)線纜的S參數(shù)對(duì)兩根SMA線纜實(shí)時(shí)去嵌后的結(jié)果（通過(guò)去嵌將SMA線纜及衰減器等的影響消除掉）。可見(jiàn)去嵌后的眼圖張開(kāi)明顯，眼寬、眼高的測(cè)量值都得到較大的提升。

結(jié)語(yǔ)

本文介紹了高速串行信號(hào)測(cè)試中對(duì)夾具/線纜/連接器等進(jìn)行去嵌的必要性和在R&S RTP示波器上進(jìn)行實(shí)時(shí)去嵌的方法。并以實(shí)際測(cè)量驗(yàn)證了通過(guò)R&S矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀ZNB測(cè)量S參數(shù)，以及通過(guò)R&S RTP示波器對(duì)夾具/線纜/連接器等進(jìn)行去嵌前后的對(duì)比結(jié)果。