圖2 高速背板無源測試連接圖示

　　儀器測量得到單端S參數(shù)之后，還需要將他們轉(zhuǎn)換為平衡的S參數(shù)，才能體現(xiàn)差分設(shè)備的性能。當(dāng)被測設(shè)備具備線性無源的結(jié)構(gòu)時(shí)，這種特殊條件就使得從單端S參數(shù)到平衡S參數(shù)的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換成為可能。PCB跡線、背板、電纜、連接器、IC封裝和其他的互連結(jié)構(gòu)都屬于線性無源結(jié)構(gòu)。根據(jù)線性疊加理論，將圖3左邊矩陣中所有的單端S參數(shù)處理并映射到右邊矩陣中的差分S參數(shù)，然后根據(jù)這些差分S參數(shù)就能深入研究差分設(shè)備的性能，包括設(shè)備對EMI的易感性和EMI輻射大小。
　　在考察設(shè)備性能時(shí)，差分損耗SDD21通常更為直觀。SDD21是差分信號(hào)通過設(shè)備時(shí)的頻率響應(yīng)。當(dāng)頻率較低時(shí)，微孔和標(biāo)準(zhǔn)通孔的性能相近。但當(dāng)頻率較高時(shí)，微孔結(jié)構(gòu)對信號(hào)的衰減明顯小于標(biāo)準(zhǔn)通孔。這就意味著微孔的通道結(jié)構(gòu)使得高頻信號(hào)通過時(shí)不會(huì)被嚴(yán)重衰減，其結(jié)果必然導(dǎo)致眼圖張得更開。而標(biāo)準(zhǔn)通孔在高頻時(shí)，其衰減要大于微孔。
　　第二組曲線可能直觀性稍差，但它對我們的分析同樣重要。差分反射損耗（SDD11）所描述的是每個(gè)結(jié)構(gòu)中在不同頻率下產(chǎn)生的反射的大小。同樣，兩種通孔結(jié)構(gòu)的低頻響應(yīng)十分類似。但在12GHz 到 20 GHz的頻率上，標(biāo)準(zhǔn)通孔的反射要高于微孔。反射是由于對阻抗環(huán)境的控制不佳造成的，反射零點(diǎn)之間的距離與結(jié)構(gòu)中諧振腔之間的距離有關(guān)。在標(biāo)準(zhǔn)通孔中，反射零點(diǎn)之間的距離與通孔根的長度有關(guān)。

圖3 高速背板互連的頻域參數(shù)（S參數(shù)）和時(shí)域參數(shù)（TDR參數(shù)）表征

　　物理層測試系統(tǒng)
　　高速背板互連的時(shí)域和頻域綜合分析變得越來越重要，如果單一測試解決方案能夠全面描述差分高速數(shù)字互連的特性，那么就能夠更好的滿足實(shí)際使用的需求。物理層測試系統(tǒng)PLTS就是為這一目的而設(shè)計(jì)的。PLTS軟件能夠引導(dǎo)使用者完成硬件的設(shè)置和校準(zhǔn)，控制數(shù)據(jù)采集，使用已獲專利的變換算法自動(dòng)地在頻域和時(shí)域表示在所有可能的互連工作模式（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)。PLTS軟件強(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，形成模擬的眼圖，直觀評(píng)估互連的好壞。PLTS軟件還可以提取高精度的RLCG模型，用來提高建模和系統(tǒng)仿真的精度。
　　PLTS可以基于TDR或VNA硬件平臺(tái)，主要不同之處是性能，基于VNA提供更高的帶寬選擇、更高的幅度和相位精度和穩(wěn)定度、更高動(dòng)態(tài)范圍（信噪比）和先進(jìn)的校準(zhǔn)（糾錯(cuò)）技術(shù)。如果在測試時(shí)非常關(guān)注測試結(jié)果的精度和可重復(fù)性，需要選擇VNA。
　　時(shí)域分析：使用者通常從混合模式時(shí)域開始使用PLTS。開始時(shí)，PLTS將顯示16種參數(shù)的小圖，表示四種互連工作模式：差分、共模及兩種模式轉(zhuǎn)換類型（共模激勵(lì)下的差分響應(yīng)，差分激勵(lì)下的共模響應(yīng)）。在任何小圖上雙擊鼠標(biāo)，將把選擇的參數(shù)擴(kuò)大到全屏，以進(jìn)行進(jìn)一步分析。
　　頻域分析：使用者可以點(diǎn)擊選項(xiàng)開始混合模式頻域分析，同樣出現(xiàn)16種參數(shù)的小圖，同樣表示四種互連工作模式下的參數(shù)，只是是頻域參數(shù)，雙擊擴(kuò)展到全屏可以進(jìn)一步分析。
　　眼圖仿真：通過使用內(nèi)置數(shù)字碼型發(fā)生器功能，使用者可以定義虛擬碼型（最寬：232-1位）。然后，PLTS把所選擇的碼型和被測器件的脈沖響應(yīng)卷積形成精確的基于測試結(jié)果的仿真眼圖。這消除了對硬件脈沖/碼型發(fā)生器的需求，靈活性強(qiáng)，可以進(jìn)行大量的“如果發(fā)生了……，可能會(huì)產(chǎn)生怎樣的結(jié)果”的分析。在產(chǎn)生眼圖后，可以使用信號(hào)光標(biāo)指示功能，進(jìn)行典型的測量，如抖動(dòng)，眼圖張開、上升時(shí)間和下降時(shí)間等。
　　RLCG模型提取：RLCG（電阻、電感、電容和電導(dǎo)）模型描述了無源傳輸線的等效電路模型。從互連測量的S參數(shù)中，PLTS技術(shù)R、L、C、G，復(fù)數(shù)傳播常數(shù)及復(fù)數(shù)特性阻抗，這提供了高度精確、基于測試結(jié)果的耦合傳輸線模型，可以導(dǎo)出導(dǎo)建模和仿真軟件中，如ADS、HSPICE等。

圖4 物理層測試系統(tǒng)PLTS從時(shí)域、頻域、眼圖和建模角度進(jìn)行互連的高級(jí)測試和分析

　　高速背板有源測試分析：眼圖、抖動(dòng)、碼間干擾和均衡
　　無源測試分析注重表征高速背板互連系統(tǒng)的電氣性能，是性能參數(shù)，但是對于這樣的性能參數(shù)到底能夠傳輸多高速率的信號(hào)，或設(shè)計(jì)的高速背板能否滿足目標(biāo)信號(hào)傳輸?shù)囊螅€是沒法直觀的測試出來，所以還需要進(jìn)行有源測試。圖5是高速背板有源測試的連接圖示。使用一臺(tái)能夠增加各種抖動(dòng)（RJ、DJ、ISI、PJ等）和預(yù)加重的碼型發(fā)生器產(chǎn)生需要的串行信號(hào)去激勵(lì)背板，信號(hào)通過背板后用示波器進(jìn)行波形捕獲、測量和分析。其中，需要進(jìn)行均衡分析，因?yàn)?.26Gbps～10Gbps的高速信號(hào)通過背板后，眼圖一般不能打開，需要使用示波器的均衡軟件，模擬接收芯片內(nèi)的均衡器，以打開眼圖，然后測試眼圖參數(shù)。