淺談PCB設計板級測試中的有源測試

關于測試，分板級測試和芯片測試，板級測試又分無源測試，有源測試。板級測試的目的是驗證在當前特定的這塊PCB上，板材、拓撲結構、走線長度等等都已固化的情況下，信號質(zhì)量如何。芯片測試的目的是驗證這款芯片，它的各項性能最好能到什么程度、最薄弱的環(huán)節(jié)又在哪。因為芯片測試的儀器是誤碼儀，跟板級測試的手段、目的都不相同，所以今天我們先講講板級測試中的有源測試，芯片測試放到下次再講。

上周關于測試的留言中點贊人數(shù)最多的問題是：“請講解一下測試的具體步驟、需要測試哪些參數(shù)、如何看懂波形及如何從波形上判斷信號質(zhì)量?！边@個問題看似寥寥兩行，其實是個范圍非常大的問題。

首先不同的信號有不同的測試方法：比如接口測試，那首先你得有個test fixture，將板子上的信號引到fixture上，然后用SMA cable或者probe進行測試，典型的有HDMI、USB、PCIE、網(wǎng)口等，如果你是板內(nèi)信號測試，那你就在板上的測試點上用probe進行點測。

其次，不同的信號需要測試的參數(shù)不同：

有的要測skew，對間對內(nèi)的skew都要測，典型就是各種顯示接口，比如HDMI；

有的要測波形、時序，像需要參考外部時鐘采樣的信號基本都要測，比如I2C、DDR等，其中像I2C這種菊花鏈結構信號，總線上會掛多個device，每個device有自己唯一的地址代碼，所以要根據(jù)地址代碼把每個device都測到；

有的只要測眼圖即可，內(nèi)嵌時鐘信號的serdes信號都屬于這種，比如PCIE；

有的要測板子工作時的極限情況，比如所有設備都插上同時工作時的電壓跌落、插拔動作造成的浪涌，典型的就是USB；

有的要測試晶振出來時鐘信號的頻率及偏差，此時不能示波器測，要用頻率計測（由于頻率計的操作實在是太簡單了，就不展開講了）；

前面列舉的“有的……有的”都是針對信號，電源除了要分別測輕載、重載時的電源壓降、紋波噪聲，有時還要測power on、power off的時序。

下面我們從設計階段簡單介紹測試的過程。

首先在設計時要考慮到這根信號是否有測試的需求，通常這個DFT（Design For Test）檢查會放在設計基本完成時做。如果有測試需求，檢查在RX BGA端附近有沒有過孔或AC耦合電容，有就不需要再額外添加測試點，以避免引入多余的東西：一個開窗的圓形焊盤，肯定比你的走線要寬得多，這對于信號來說會額外增加一個阻抗不連續(xù)點。如果芯片直接表層出線且在芯片BGA 焊盤500mil以內(nèi)都沒有“天然的”測試點，那就需要人工額外加測試點了，測試點的要求是：位置加在500mil以內(nèi)，越近越好，圓形測試點的直徑越小越好，一般20mil。

PCB做好后，板廠會用TDR做基本的阻抗測試，但板廠做的是阻抗條測試，不是你板上真正的鏈路。所以一般你會拿到一兩片光板，方便你自己做板內(nèi)鏈路的阻抗測試。

等PCBA后，板子上電正常的才會拿去做SI測試，不要問什么……沒有電哪來的信號。

下面以一個DDR4-2400的地址信號測試為例簡單介紹測試過程：先選一臺帶寬≥6GHz的示波器，加一根單端探棒、一根差分探棒；挑選最近、最遠兩個顆粒；單端、差分探棒分別點在顆粒端的地址、時鐘信號上，如果你有芯片公司提供的tool也行，不然就得老老實實焊接進行探測了；然后調(diào)整觸發(fā)電平使信號穩(wěn)定的顯示在屏幕上。

結果發(fā)現(xiàn)最近的顆粒上在400mV~500mV間地址信號存在明顯的回溝。功能測試也發(fā)現(xiàn)DDR4信號有誤碼，甚至都不能初始化。

作為仿真工程師，就喜歡做一下仿測擬合確認問題，萬一是因為測試點的原因呢，畢竟測試點和芯片die還有一段距離呢（就算測試點就在pin上，pin到die還有一段封裝長度），而且之前也常遇到測試點上波形不行，但是die上波形好好的情況。所以把測試數(shù)據(jù)保存成.csv格式文檔，做了一下仿測擬合，測試點上的波形和測試結果擬合上后，去看第一個顆粒所有地址信號在die上的眼圖……咦~~~確實有問題哦，絕大部分的地址信號的回勾都壓到VIH/VIL電平了。

我們知道這個回溝是由于顆粒感受到的阻抗不匹配造成的，因為DDR的地址信號大多數(shù)情況下都是一拖多的結構，每一個顆粒處在鏈路的不同位置，所以多重反射后每個顆粒感受的阻抗也是不一樣的。為此，我們調(diào)整了走線以使減弱阻抗不匹配的反射程度，調(diào)整后顆粒die上所有的地址信號回溝都遠離了VIL/VIH。

上面只是以地址信號的波形質(zhì)量為例，當然還有其它參數(shù)要測，只是操作方法大同小異，就不一一列舉了，不然就會成SOP了。

鑒于有些同學問的問題比較雜散，不太好穿插在文章里講，只好單獨給你們翻牌子了~~今天只能翻三位，不能更多啦~~

“wifi等信號如何測試阻抗，測試走線的起點和終點分別在哪？”

——阻抗測試不需要分起點和終點，從哪頭測都行，哪頭有測試點就在哪頭測，但是通常情況下，像WiFi這種天線信號，只有芯片這邊是有測試點的（信號pin開窗，同時有地pin），同時像WiFi這種天線信號測試，更通用的測試不是測阻抗，而是用矢網(wǎng)測駐波比。

“網(wǎng)絡分析儀怎么測阻抗？”

——網(wǎng)分是頻域的儀器，但時域和頻域之間可以通過傅里葉變換/逆傅里葉變換的數(shù)學運算來實現(xiàn)互換，所以只要在網(wǎng)分上安裝了TDR控件，儀器就能將頻域的S參數(shù)通過數(shù)學運算轉(zhuǎn)成時域的阻抗，并顯示在屏幕。同理如果你用時域的TDR測出了TDT，也可以顯示出S參數(shù)。

編輯：hfy