如今的電信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、復(fù)雜計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等都依賴于高速串行數(shù)據(jù)傳輸，而前沿?cái)?shù)字設(shè)計(jì)師們往往將系統(tǒng)能夠達(dá)到的性能極限施壓于銅材。隨著超過1Gbps的串行鏈路的增多，信號完整性問題開始暴露出來，針對這類高速通道的物理層進(jìn)行信號完整性優(yōu)化，會收到驚人的效果。如果采用合適的設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)方法，我們就能清楚地了解信號傳輸?shù)幕驹怼榱舜蚱普渍孜坏慕缦?，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和路由器中采用了一種先進(jìn)的背板技術(shù)。這一成就部分得益于物理層元件中復(fù)雜的設(shè)計(jì)技術(shù)。設(shè)計(jì)過程的大部分時(shí)間都用在建模、仿真和測量驗(yàn)證上，利用既具備時(shí)域分析能力也具備頻域分析能力的設(shè)計(jì)工具，我們可以將反射、串?dāng)_、阻抗失配和損耗這些復(fù)雜的現(xiàn)象均直觀地顯示出來。
　　如今，業(yè)界已經(jīng)開發(fā)一個(gè)10Gbps以太網(wǎng)的背板標(biāo)準(zhǔn)，作為802.3ap標(biāo)準(zhǔn)的一部分。其目的是利用普通的銅背板，不依靠光介質(zhì)，在線路卡間傳送10Gbps的以太網(wǎng)信號。為了達(dá)到高速數(shù)據(jù)傳輸目的，新的10Gbps串行信令方案的開發(fā)有了令人激動的進(jìn)展，但最終的串行數(shù)據(jù)傳輸率上限很有可能受到物理層背板的信號完整性問題的限制。要想在整個(gè)背板上的芯片到芯片通道上全部實(shí)現(xiàn)一個(gè)阻抗受控的環(huán)境，需要設(shè)計(jì)人員十分小心謹(jǐn)慎，在這樣的通道中，背板連接器則起著十分重要的作用。
　　圖1是典型的高速背板互連系統(tǒng)，一個(gè)單板上的芯片驅(qū)動串行信號通過單板，連接器，背板，連接器和另一個(gè)單板，到達(dá)接收端芯片。這個(gè)高速信號路徑是典型的背板互連系統(tǒng)，現(xiàn)在業(yè)界通常的速率達(dá)到6.25Gbps，采樣10Gbps以太網(wǎng)的背板速度高達(dá)10.3125Gbps，仿真，設(shè)計(jì)和驗(yàn)證都是非常復(fù)雜。

圖1 典型的高速背板互連系統(tǒng)

　　高速背板互連測試概述
　　數(shù)字通信系統(tǒng)在較低的信號速率時(shí)，這些互連的電長度很短，驅(qū)動器和接收機(jī)一般是導(dǎo)致信號完整性問題的最主要因素。但隨著時(shí)鐘速率、總線速率及鏈路速率突破每秒千兆大關(guān)，物理層特性測試正變得日益關(guān)鍵。時(shí)域分析一般用來描述這些物理層結(jié)構(gòu)的特征，但通常情況下，設(shè)計(jì)人員在測試時(shí)往往只考慮器件工作在其被期望的工作模式上時(shí)的情況。為了獲得一個(gè)完整的時(shí)域信息，必須要測試反射和傳輸（TDR和TDT）中的階躍和脈沖相應(yīng)。為了全面描述物理層結(jié)構(gòu)的特征，還必須進(jìn)行頻域分析。S參數(shù)模型說明了這些數(shù)字電路結(jié)構(gòu)所展示出來的模擬特點(diǎn)包括：不連續(xù)點(diǎn)反射、頻率相關(guān)損耗、串?dāng)_和EMI等性能。為使設(shè)備性能符合標(biāo)準(zhǔn)，眼圖增加了重要的統(tǒng)計(jì)分析功能。為利用全面特性檢定技術(shù)改善仿真能力，可以采用基于測試結(jié)果的S參數(shù)或RLCG模型提取技術(shù)。
　　隨著在多種工作模式下進(jìn)行數(shù)字和模擬綜合分析（時(shí)域和頻域）變得越來越重要，要完成這些測試功能，通常需要使用多種測試儀表，同時(shí)操作多種儀表正變得越來越困難。物理層測試系統(tǒng)PLTS是為了解決這種困難而設(shè)計(jì)的。它使用已獲專利的變換算法，自動地在頻域和時(shí)域里表示在所有可能的工作模式（單端、差分、共模和模式轉(zhuǎn)換）下所得到的前向和后向、傳輸和反射的測試數(shù)據(jù)。強(qiáng)大的虛擬碼型發(fā)生器功能可以把用戶定義的二進(jìn)制序列應(yīng)用到被測的數(shù)據(jù)上，形成仿真的眼圖，也可進(jìn)行模板測試。同時(shí)，可以提取高精度的RLCG模型，用來提高建模的仿真的精度。
　　為了表征高速背板的實(shí)際信號傳輸性能，還需要進(jìn)行背板的有源測試和分析。測試時(shí)在背板的輸入端加載串行數(shù)據(jù)（分別加載理想的，帶抖動的，帶預(yù)加重的，可以調(diào)節(jié)信號速率），在背板的輸出端用示波器測試串行數(shù)據(jù)經(jīng)過背板傳輸后的結(jié)果，從而可以分析出背板對信號的影響，也可以測試出被測背板最高可以傳輸多高信號速率的串行數(shù)據(jù)。當(dāng)進(jìn)行背板的有源測試時(shí)，需要一臺能夠產(chǎn)生不同速率串行數(shù)據(jù)的碼型發(fā)生器或誤碼儀，除了速率可調(diào)外，要能夠產(chǎn)生小抖動、快上升時(shí)間的理想碼型，要能夠產(chǎn)生帶各種抖動成分的抖動碼型，要能夠產(chǎn)生帶預(yù)加重的預(yù)加重碼型等。

　　高速背板無源測試和分析：時(shí)域分析和頻域分析
　　高速背板無源測試和分析的連接圖示如圖2所示。對于3.125Gbps以上的高速背板測試，建議使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀VNA代替時(shí)域反射計(jì)TDR。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀具有更高的測試精度（VNA動態(tài)范圍可達(dá)：80dB以上，而TDR一般只有：40dB），更快的測試速度（校準(zhǔn)速度：VNA支持電子校準(zhǔn)件，校準(zhǔn)速度快，精度高，TDR不能支持電子校準(zhǔn)件，校準(zhǔn)速度非常慢；測試速度：VNA一次測量即可，不用做平均，TDR需要多次測量做平均以改善低噪聲）。VNA測試后需要轉(zhuǎn)換成時(shí)域參數(shù)（TDR參數(shù)），TDR測量后需要轉(zhuǎn)換成頻域參數(shù)（S參數(shù)），以從多個(gè)角度測量高速背板。