10 跨沟对眼图影响 Derek.pdfVIP

高速信号常见问题分析（二） 高速信号线跨沟对眼图抖动的影响分析 胡为东 美国力科公司上海代表处 【摘要】 本文简单介绍了高速信号跨沟及回流的概念，并结合实际测试分析高速信号线发生跨沟 现象时，高速信号的眼图、抖动以及频谱能量等有何变化。 【关键词】 高速信号 跨沟 力科 示波器 眼图 抖动 一、高速信号跨沟及信号回流的基本概念 下图1 所示为一个信号流向及其回流示意图。基于基尔霍夫定律，电流是闭环的，也就 是说任意一个电路的节点只要有电流流出就一定会有电流流入，返回到节点（通常是驱动器） 的电流通常就叫返回电流。，且高频电流总是沿着最小的环路面积移动，高频返回电流通常 是沿着阻抗最小的路径返回。对于一个同轴电缆，其芯线为电流流动路径，而外壳的地就是 返回电流的流动路径，所谓信号跨沟也就是返回电流的路径被断开或者是有部分沟槽；对于 一个PCB 板上的高速传输线来说，其电流流动路径为PCB 板上的传输线，电流返回路径通 常为与传输线相邻的地平面或者电源平面层（也称为传输线的参考平面），当与传输线相邻 的参考平面层有沟槽等不完整现象时，返回电流的路径就可能被破坏，这时候也称高速信号 跨沟。如图 1 所示，当返回电流路径被断开或者被沟槽阻隔时通常称为高速信号跨沟。 图1 信号流向及回流路 径示意图 当高速信号发生跨沟现象时，整个电流的环路面积将增加，通常系统的EMC 辐射也将 增加。同时传输线的特征阻抗也将发生变化（如下图2 所示为信号线阻抗变化曲线），信号 遇到传输线特征阻抗突变点时将发生发射、振铃等信号完整性问题。 图2 Lecroy WE100H-TDR 测得的PCB 传输线阻 抗变化示意图 那么高速信号跨沟对信号的眼图、抖动、上升时间等影响是否很大呢？下面我们使用 Lecroy 的最新款示波器WP760 ZI 来实测下一个3.125Gb/s 的XAUI 信号跨越分割平面后的 眼图、抖动、频谱等参数变化情况以及一个快沿信号（Lecroy 的WP760 ZI 自带有一个SMA 输出接口可以发出一个上升时间为 70ps 左右（20%-80% ），见下图3 ），可以很方便的用作 快沿调试信号。 图3 Lecroy WP760 ZI 输出的快沿脉冲信号 二、3.125Gbits/s XAUI 信号跨沟时眼图抖动等参数的变化 1、眼图 图4 XAUI 信号未跨沟时的眼图及相关参数（左）以及有跨沟且沟槽宽度为120mil 时的眼图及相 关参数（右） （结果为Lecroy WP760 ZI 测得） 从图4 可看出，信号跨越沟槽以后，眼图的张开度有明显减小，眼图各项参数均有一定 程度的恶化，眼高降低了40mv 左右（通常XAUI 信号规定接收端的信号幅度不低于50mv ）， 眼宽也降低了20ps 左右（大约为1/16UI），可见参考平面上的沟槽对信号眼图的影响还是非 常明显的。 2 、抖动 XAUI 信号没有跨沟情况抖动测试结果如下图5 所示， 图5 XAUI 信号没有跨沟时的抖动测试结果 （测得总体抖动Tj 为219.4ps ，固有抖动Dj 为141.3ps） XAUI 信号有跨沟情况（沟槽宽度为120mil）抖动测试结果如下图6 所示， 图6 XAUI 信号跨越120mil 宽度沟槽时的抖动测试结果 （测得总体抖动Tj 为255.4ps ，固有抖动Dj 为157.6ps） 从图5、图6 可以看出，信号跨越沟槽后总体抖动Tj 增加了约40ps 左右，固有抖动Dj 增加了15ps 左右。 3、信号频谱能量 Lecroy 的最新款示波器WP760 ZI 新增了一个频谱分析仪选件，该选件的操