泰克为高速数字应用提供测试解决方案
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更新于2009-07-07 17:00:54

市场驱动力

面对越来越多的数字信息和新的消费形式,消费者的期望也不断随之改变,人们对于更为令人愉悦和稳定的实时体验的热切盼望也应运而生。虽然硬件的计算性能已实现指数级增长,但却没有提供对内容和数据进行快速地访问(不管数据出自何处),因而这一实时体验仍不够完善。而要实现更快的传送和响应速度以及更便捷的连接,就需要对容量和速度提出新的技术要求。为此,在日益增加的带宽上进行更多的数据交换成为技术发展而带来的必然需求。

对带宽的需求(即在固定时间内传输的数据量),以及提升数据传输速率的需求从未如此迫切。

对带宽和速度需求的持续增加或源自于图形处理技术(CPU、图形处理子系统和内存必须随着图像移动而不断移动数据)的发展,或出自于为解决高能物理学难题而开发的更快的超级计算机架构。 可以预见到,将来每个地方的人们都可高速访问多台高性能设备,获取其中的个人数据、媒体资料和应用程序,用于工作、以近乎真实画质玩游戏、共享实时视频、执行多媒体数据发掘等等其他应用。为了跟上发展趋势,信息总线(电子元器件之间的数据线路)不断变宽,并且传输数据的速度也会不断变快。

串行技术提供加速途径

多年来,宽同步并行总线已成为数字设备之间进行数据交换的主要技术手段。通过并行移动多个比特,这些数据总线技术好像比串行(顺序)传输技术的通信速度更快。但遗憾的是,并行总线定时同步(时滞)在时钟频率和数据传输率较高时存在严重的问题,这明显限制了并行总线传输的速度。此外,这一技术在支持长距离、实施成本和最终用户成本方面也面临重大挑战。通过比较,串行总线只发送一个比特流并具有“自时钟”机制,因此数据和时钟之间没有时序偏差(即同时传输的比特到达时间之差)。借助串行传输,消除了信号同步问题,而且整体性能更强。

  • 串行数据总线架构目前广泛应用于数字环境中,并在更高速应用中对并行技术给予补充。


然而,随着技术进步,这个性能障碍得到解决,另一个问题又出现在人们面前。速度更快的新技术在化解此项挑战的同时,也使设计更趋复杂,而且持续变化的标准也产生了更多新的设计难题,这会妨碍产品快速上市并增加开发成本。包括 PCI-Express、XAUI、RapidIO、USB, HDMI 和 SATA 在内的一些新的串行数据总线架构所带来的数据处理量比几年前要大好几个数量级。

为了确保产品开发的所有阶段之间的交互操作性,标准化势在必行。领先的技术公司已经将2.5-Gbit/s 和 3-Gbit/s的设计产品化,而5-Gbit/s 技术也即将面世,同时,10Gbs 已经用于网络通信的设计。在如此复杂多变的环境下,工程师极需一些测试解决方案,帮助其迅速轻松地发现和纠正设计中的问题。在此,泰克提供了完备的串行数据测试解决方案,有助于工程师开发产品,并能够确保符合最新的串行数据测试要求。

测试高速串行数据总线

在设计过程中,工程师需要确认高速串行总线能够正确传送数据,同时串行传输问题也不会给其他系统元件带来不利影响。最新标准具有更快的边缘速率和更窄的数据脉冲,对验证、调试和测试过程提出了一些独特且严格的要求。

随着数千兆数据传输率在数字系统中屡见不鲜,信号完整性(即集成电路正确运行所具备的信号质量)也逐渐成为设计人员关注的重点。数据流中一个比特的错误都会对指令或数据交换处理的结果产生巨大的影响。

可能会对传输信号质量造成损害的因素包括:

  • 千兆信号速度:超高速传输率、低电压差分信号和多级信号传输更容易引起信号完整性问题、差分时滞、噪音和模拟干扰的问题。由于串行总线可以为单通道架构,也可以为多通道架构以提升数据量,此时将造成整体设计更复杂并可能引起通道时滞定时干扰问题。
  • 抖动:由于较高的数据速率和嵌入的时钟的影响,现代串行设备会很容易受到抖动的影响,抖动会产生传输错误并导致比特差错率,性能下降。抖动通常使信号偏离理想的时间。抖动通常源自串扰、系统噪音、同步开关输出和一些其他的常见干扰信号。
  • 传输线影响:传输线作为电源和信号传输的中介,可以是简单的无源线路元件,如电线、电缆和芯片印刷电路板(PCB)互连。借助串行数据技术,信号发送器、传输线和接收器共同构成了串行数据网络。而由此带来的传输效应(如反射和阻抗不连续)会严重影响信号质量并导致传输错误。
  • 噪音:噪音是在采样数据中出现的任何多余的信号。噪音来自外源(如 AC 电源线)和内源(如数字时钟、微处理器和开关电源)。噪音可能是瞬时的,或者是宽带随机噪音,但都会引起抖动和信号完整性问题。

带有嵌入式时钟的高速数字信号具有越来越像模拟系统的特征,使设计验证和系统集成面临更严峻的挑战。由于信号即使在很小的失真或抖动下都可能使系统变得不稳定,这令用户在各种条件下实施精确验证、特征描述和强度测试都要面临新的问题。

高速串行数据测试过程

受消费需求的推动,设计工程师经常需要将新功能集成到采用领先技术的系统设计中。为了便于工程师使用,每种串行数据技术的设计和操作都会在唯一的标准文档中进行定义,该文档通常由行业委员会编写。每个标准还必需经过专业测量和一致性测试过程,这就给现有复杂的设计任务又增加了新的工作。这些标准针对高速数据信号传输和编码、封装、时钟嵌入、传输属性和一致性测试过程。设计人员根据明确的高速串行技术标准和测试程序,方能够创造出具有良好互操作性的产品。

 

典型的高速串行数据测试过程包括:

  • 设计验证:设计和测试工程师需要验证其设计在实际的操作中是否符合设计仿真、技术指标以及具有全部功能。这需要在现实和极限强度条件下进行全面的特征描述、调试和分析。
  • 特征描述:在元件的初始测试中,设计人员将描述性能特征,从而确定信号行为是否符合规范。通常需要进行大量地精确测量,从而确定高速总线是否工作正常。特征描述通常包括测量上升/下降时间、边缘到边缘时间、抖动和抖动容限、信号路径的时滞、总线建立时间和数据路径变化。
  • 排除故障:对于任何被发现的特征描述或操作问题,工程师都需要进行调试并查出故障或异常条件,如硬件时间、串扰、信号质量和/或软件设计问题等。
  • 一致性测试:为确保多个供应商和产品之间能够即插即用,相互兼容,设计师必需确认最终设计符合行业特定的串行数据标准。一致性测试是一个复杂且比较耗费时间的环节,而且通常需要高级测试和分析功能。在串行标准的一致性测试规范中,通常包括幅度、定时、抖动、阻抗和眼图测量。 

通常工程师需要全面评估芯片和系统性能。在千兆赫速度下,抖动、发射器和接收器之间的阻抗不连续,或者硬件和软件之间的系统级干扰都会引起定时问题。每个设计阶段都需要全方位的分析工具进行更深入的观察,进而全面描述特征并发现隔离边缘设计或系统影响。

泰克----串行数据领域的专家

泰克在确保信号完整性方面是公认的专家,对于复杂的高速测量和分析拥有丰富的知识和经验。泰克同时也密切关注领先和新兴的串行数据技术的发展及带来的问题。此外,泰克积极与全球的公司展开合作,并加入了一些主要的标准组织机构。

泰克的行业标准机构成员身份及其硬件与软件测试设备,足以为业界领先的分析、验证和一致性测试能力提供有力得保障,确保设计人员能够自信而高效地解决复杂的系统集成和产品兼容性问题。

泰克提供的测试解决方案主要针对领先的串行数据标准技术以及各种串行技术的测量和分析功能,这些技术包括:

  • HDMI(高清晰度多媒体接口):此项最新的消费电子技术支持多媒体应用。继早期的 DVI(数字视频接口)发展至今,目前 HDMI 可以提供数字视频和音频的高速传输,运行速度从 250 Mb/s 到 1.65 Gb/s。最新的 HDMI 1.3 版更将数据传输速率扩展到 3.4 Gb/s。泰克为 HDMI 测试提供全面集成的接收端、源端和线缆测试解决方案,支持 V1.3c 接口和高达 3.4 Gb/s 的数据速率。整个 HDMI 解决方案包括高性能测量硬件和全方位的测试软件。此测试解决方案包括 DPO/DSA70000B 实时示波器和 HDMI 一致性测试软件,基于TDR并用于网络分析 DSA8200 采样示波器,针对发射器/接收器测试的 AWG7000B 任意波形发生器和来自 Efficere Technolgies 的 HDMI 测试夹具及P7313SMA高带宽SMA 13 GHz差分探头。
  • DisplayPort:是计算机、监视器和家庭影院系统使用的新型数字显示接口技术,此技术可降低使用成本,并改善视频性能。其设计目标是代替LVDS、DVI及最终取代VGA。同时,

    结合高性能测试和测量仪器的解决方案对保证满足最新DisplayPort CTS标准及最终成功地开发产品至关重要。泰克DisplayPort测试解决方案由DSA70804 8 GHz实时示波器及新的高级DPOJET 软件组成。其它组件包括:AWG7102任意波形发生器;带有IConnect软件的DSA8200采样示波器,及80E03和80E04模块;P7380SMA探头。
  • PCI-Express:此串行技术正在取代以前在PC和服务器中使用的并行 PCI/PCI-X 总线。PCI-Express 1.0 是多通道 2.5 GT/s 串行接口,主要针对高速图形和图像性能等应用。2.0 采用8b/10b 编码,把该速率提高一倍,达到5GT/s。PCI Express® v. 3.0 提供了8GT/s 链路,使用数据加扰,把2.0 的数据速率又提高了一倍。用户在 8 GT/s 速度条件下将需要面对新的技术挑战,而整体设计时间不能拖延。泰克提供的全方位测试设备,既可解决 PCI-Express 1.x,PCI-Express 2.0和PCI-Exprss 3.0 带来的设计问题,同时亦能满足其互操作性要求。应用支持包括实时 DPO/DSA70000B示波器和 DPOJET软件,适用于眼图和抖动分析及一致性测试,差分探测;DSA8200 采样示波器用于基于TDR的网络分析;AWG7000B 针对传输和强度测试以及系统级测试;此外还有TLA7000逻辑分析解决方案。
  • SATA(串行 ATA):SATA 是一种串行总线技术,取代并行 ATA 用于外围存储设备。其在 1.5Gb/s 到 6 Gb/s 范围内具有可扩展性能。速度和互连性能都需要高频段测量设备。泰克提供全套的性能测试设备,令用户不仅能够实现设计验证和互操作性,并且还对下一代 SATA III 技术的一致性测试提供了支持。完整的产品解决方案包括DPO/DSA70000B实时示波器, DPOJET软件和TekExpress全自动测试平台,可支持眼图和抖动分析,面向多级传输测试的 AWG7000B 以及针对网络分析和物理层测试的 DSA8200。
  • USB:USB (通用串行总线)使得可移动磁盘、打印机和数码相机等外设能够使用通用接口插座连接到PC 上,并支持热插拔这些设备。无线USB 可以在不使用线缆的情况下无缝连接这些设备。USB 2.0 和无线USB 理论上的最大数据速率是480 Mb/s,USB 3.0 的工作速率将达到5 Gb/s。泰克为USB3.0提供了完整的物理层测试解决方案,包括电接口验证和一致性测试、信号路径检定、数字验证和调试无线EVM 一致性测试。产品组合包括DPO/DSA70000B实时示波器及串行数据链路分析(SDLA)软件和DPOJET分析软件;针对互连测试的DSA8200数字采样示波器;以及带有接收机测试码型和接收通道仿真的AWG7000B任意波形发生器。
  • 以太网:这一应用最为普遍的网络技术已经从中等运行速度 10 Mb/s(10 BaseT)和 100 Mb/s(100 BaseTX)不断发展,现在已达到速度为 250 Mb/s的4 通道千兆以太(1000 BaseT),和 10 Gb/s。10 Gb/s 的以太网由4 个 运行速度为 3.125 Gb/s的XAUI 电通道实现。在此,泰克提供的电子和光学测量解决方案可以解决各种以太网技术问题。其测试产品组合包括 DPO7000和DPO/DSA70000B 实时示波器以及针对眼图和抖动分析的 TDSET3 一致性测试软件和 DPOJET 分析软件;针对差分探测,电子和光学物理层测试及基于 TDR 网络分析的 DSA8200 采样示波器,以及针对强度测试和发射器/接收器评估的 AWG7000B 任意波形发生器。

高速串行数据需要下一代测试仪器

最新的串行技术比上一代技术速度更快,而且通常更加复杂,要求测试设备具备更强的性能和更广泛的分析能力。泰克产品能够满足这些需求,而其串行数据测试和测量解决方案的应用领域覆盖了从芯片制造商到产品集成商的整个产品开发价值链。

 

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