Những điều cần kiểm tra trong thử nghiệm tính toàn vẹn tín hiệu

Một số điều cơ bản cần kiểm tra trong thử nghiệm tính toàn vẹn tín hiệu rất quan trọng đối với hiệu suất của hệ thống và liên quan đến việc kiểm tra trực tiếp hành vi tín hiệu trong bảng mạch:

• Trở kháng đường dây và mạch, thường phải được thực hiện trên bảng thử nghiệm với các thiết bị cố định được gắn kèm có tham số S đã biết.
• Tổn thất kênh, độ nhiễu và méo tiếng, có thể được thực hiện bằng phép đo tín hiệu trực tiếp bằng cách sử dụng thiết bị cố định thử nghiệm trong nguyên mẫu hoặc bảng thử nghiệm.
• EMI từ các kênh tốc độ cao, có thể chỉ ra sự cố khác trong mạch hoặc với việc khớp trở kháng trong kênh tốc độ cao.
• Nhiễu xuyên âm giữa các kênh, chỉ có thể đo được một cách đáng tin cậy trên bảng thử nghiệm với nhiều đường chạy song song.

Kiểm tra tính toàn vẹn của tín hiệu không phải lúc nào cũng dựa vào việc đo tín hiệu trực tiếp. Trong một số trường hợp, các kỹ sư không thể thực hiện trực tiếp và mong đợi có được phép đo chính xác về tín hiệu, đặc biệt là với nguyên mẫu đã lắp ráp. Thay vào đó, các kỹ sư có thể phải đo thứ gì đó khác bằng bảng nguyên mẫu hoặc thiết kế bảng thử nghiệm bao gồm các đồ đạc có thể được sử dụng cho các phép đo cụ thể.‍

Thiết bị kiểm tra quan trọng

Hiện nay, các kỹ sư sử dụng một số thiết phổ biến bị dưới đây để kiểm tra tính toàn vẹn tín hiệu.

Phân tích mạng vector

Điều này được sử dụng để đo tham số mạng, cụ thể là đối với tham số S lên đến tần số rất cao. Trong thử nghiệm tính toàn vẹn của tín hiệu, điều này thường được sử dụng để đo tham số S 2 cổng hoặc N cổng với DUT hoặc thiết kế kênh được đề xuất với mục tiêu trích xuất tham số S của các phần đường truyền/DUT trong kênh. Sau đó, có thể so sánh tham số S cho đường truyền hoặc DUT với kết quả mô phỏng hoặc tiêu chuẩn tín hiệu trước khi phê duyệt.

Oscilloscope – máy hiện sóng

Đây là công cụ chính được sử dụng để tái tạo các phép đo tín hiệu vào miền thời gian, cho phép đo trực tiếp các thông số như rung, ISI, jitter và độ lệch vi sai. Một số máy hiện sóng có thể được cấu hình như máy kiểm tra tỷ lệ lỗi bit cho các kênh tốc độ cao. Lưu ý rằng máy hiện sóng hiện đại phải có băng thông cao hơn đáng kể so với giới hạn được xác định bởi bộ lọc thứ 0 để đảm bảo các hiện tượng rung không xuất hiện trên các tín hiệu miền thời gian được tái tạo.

Máy đo phản xạ miền thời gian

Công cụ này được sử dụng để phát hiện các vết đứt, nứt hoặc cầu chì chất lượng thấp trong cáp quang, nhưng cũng có thể được sử dụng để đo trở kháng và độ suy giảm của đường truyền hoặc ống dẫn sóng. Trong phép đo này, một xung được gửi xuống phía đầu vào của đường thử nghiệm và bất kỳ phản xạ nào dọc theo đường có thể được đo trên biểu đồ trong miền thời gian. Phép đo này cũng cho phép đo độ suy giảm giữa đầu vào và phản xạ bằng cách so sánh công suất tín hiệu đỉnh trong xung phản xạ với đầu vào.

Đầu dò từ trường gần

Thiết bị đơn giản này được sử dụng để đo EMI trường gần phát ra từ một mạch hoặc nhóm các thành phần. Thiết bị này rất hữu ích để theo dõi sự cố EMI có thể bắt nguồn từ sự cố toàn vẹn tín hiệu hoặc toàn vẹn nguồn điện. Ví dụ bao gồm nối đất kém trong quá trình định tuyến (ví dụ: trong quá trình thay đổi lớp) có thể tạo ra nhiễu EMI bức xạ hoặc nhiễu bus nguồn kích thích các chế độ khoang tần số cao. Các đầu dò này thường phải có tỷ lệ suy giảm cao (10:1) để tín hiệu bức xạ có thể được giải quyết đúng cách bằng máy hiện sóng hoặc máy phân tích phổ.

Các kỹ sư cần chạy mô phỏng trước khi kiểm tra tính toàn vẹn của tín hiệu

Trước khi thu thập các phép đo từ bảng thử nghiệm hoặc nguyên mẫu, các kỹ sư nên sử dụng mô phỏng để trích xuất các thông số điện quan trọng và dữ liệu hiệu suất. Điều này giúp kỹ sư có cơ hội tạo ra các chuẩn mực cho thiết kế trước khi thu thập các phép đo cũng như xác định các vấn đề thiết kế đơn giản trước khi sản xuất nguyên mẫu. Một số điểm quan trọng cần mô phỏng trong thiết kế và các phép đo tương ứng được tóm tắt dưới đây.

Danh sách chính xác các điểm cần mô phỏng phụ thuộc vào các tiêu chuẩn thiết kế và hiệu suất cụ thể. Bất kể cần mô phỏng điều gì, các kỹ sư đều có thể mô phỏng bố cục vật lý và bảng thử nghiệm theo ý muốn bằng các công cụ thiết kế phù hợp. Các mô phỏng này yêu cầu bộ giải trường điện từ 2D và 3D tích hợp, vì chúng được thực hiện trong bố cục PCB, không phải trong sơ đồ mạch với mô phỏng SPICE. Khi kỹ sư có thể nhanh chóng kết nối bố cục vật lý của mình với bộ giải trường 3D, họ sẽ có giải pháp giúp đẩy nhanh quá trình thiết kế, thử nghiệm và mô phỏng.

Bộ công cụ phân tích hệ thống hoàn chỉnh từ Cadence bao gồm các tính năng mô phỏng tích hợp và tiện ích bố trí PCB để giúp các kỹ sư vượt qua thử nghiệm tính toàn vẹn của tín hiệu. Các nhà thiết kế có thể thực hiện các mô phỏng nâng cao như tính toán EMI toàn sóng, trích xuất tham số S, v.v. Các vấn đề đa vật lý cũng có thể được kiểm tra, chẳng hạn như đồng mô phỏng điện nhiệt trong bố cục PCB tốc độ cao. Bộ tính năng mô phỏng này tạo thành một gói thiết kế hệ thống hoàn chỉnh cho mọi thiết kế và mức độ phức tạp.