不断上升的数据速率、硬件升级推动了军事测试需求

　　军用嵌入式系统中更高的数据速率既是福音又是负担：难以实现，甚至更难诊断和调试。然而，现代测试设备和相关软件的功能使得处理信号完整性问题、难以探测的硬件和复杂的串行数据分析变得更加容易。

　　在每个原始设备制造商（OEM）市场中，嵌入式系统的设计要求要求降低材料成本，缩短设计和调试周期，并在可能的情况下快速升级到当前技术。无人机（UAV）等平台的军事开发计划也不例外，并且一直是开放式商用现货（COTS）架构的最广泛采用者之一，以降低成本和设计周期时间。

　　然而，今天的COTS平台正在提供更高的数据速率。此外，高清数据的无线流需要高速处理，雷达、电子战和通信的所有类型的下一代军用电子设备也是如此。

　　信号完整性分析

　　最新一代开放式 COTS 架构提供的不断提高的数据速率转化为从芯片级一直到系统级的复杂信号完整性问题。一般来说，军用嵌入式系统正在以更快的系统处理器和背板的形式进行硬件升级。从思科系统和瞻博网络等网络基础设施供应商那里获得启示，BAE系统公司、洛克希德·马丁公司和雷神公司等主要军事承包商采用了数据速率超过10 Gbps的下一代芯片组。

　　解决信号完整性问题的一种方法是采用网络分析。除了非常昂贵之外，传统的矢量网络分析仪（VNA）也非常难以使用。新一代信号完整性网络分析仪通过单个USB连接直接连接到被测设备和基于PC的软件，从而避免了这些问题。

　　这些仪器，其中一个例子是泰莱迪恩·勒克罗伊的SPARQ信号完整性网络分析仪，可以快速测量多端口S参数。SPARQ分析仪等仪器可快速检定多端口器件，用于开发基于测量的仿真模型、设计验证、一致性测试、高性能时域反射仪和印刷电路板测试。

　　什么是S参数，为什么它们在信号完整性分析中很重要？当我们将信号应用于网络的输入时，该信号的一部分通过网络传播，而一些信号的一部分通过它进入的端口反射或散射回来。我们的信号有多少被反射，是什么导致了反射？

　　答案在于应用一种称为散射矩阵（或S矩阵）的数学结构，该结构量化了能量如何通过多端口网络传播。S矩阵允许将令人难以置信的复杂网络的属性准确描述为简单的“黑匣子”。N 端口网络的 S 矩阵包含 N2 系数（S 参数），每个系数表示一个可能的输入-输出路径。通过“多端口网络”，我们可以指，例如，电缆或微带线。该接口将如何影响 5 Gbps USB 3.0 信号？

　　S参数是对网络电气行为的“频域”描述。它们是用大小和相位表示的复数;发生这种情况是因为输入信号的幅度和相位都因网络的损耗、反射和传播时间而改变。

　　从时域角度看多端口网络的性能需要时域反射仪 （TDR）。在这里，将快速上升的步进沿发送到被测器件（DUT）中，并测量反射信号。此外，我们可以查看通过DUT传输的信号;该信号是时域传输信号（TDT）。SPARQ仪器能够执行这两种类型的测量。TDR测量对互连的瞬时阻抗曲线更敏感，而频域测量对进入DUT的总输入阻抗更敏感。

　　信号完整性网络分析仪（如SPARQ）与传统VNA之间的主要区别在于校准过程。VNA校准是一项复杂的任务，涉及多个连接，由于操作员错误，这些连接可能会产生误导性结果。SPARQ分析仪内置校准标准液，无需昂贵的外部校准模块。校准快速完成，无需用户干预。

　　虚拟探测

　　通常，OEM 构建用于军事应用的 PC 板与用于商业应用的 PC 板略有不同。军用级产品必须承受较大的温度波动和剧烈的振动水平。这种电路板上使用的施工技术当然可以提高可靠性，但在某些情况下，结果限制了对所需探测点的访问。

　　当测试工程师根本无法将探头物理连接到需要测量的地方时，他们能做些什么？答案越来越多地在于一种称为虚拟探测的技术。虚拟探测是一种功能强大的信号处理工具，使用户能够在系统内的任何位置测量信号，然后在任何其他所需点投射响应。该功能的工作原理是使用系统中各种组件的S参数文件来推导将所需测量信号与采集的波形相关联的滤波器。

　　例如，可以在信号最干净的地方进行测量，通常在变送器处，并且可以模拟通道远端（背板末端）的损坏信号，从而消除测量中的探头和仪器噪声。派生滤波器考虑了系统元件和发射器信号之间的所有相互作用，包括差分到共模转换以及近端和远端串扰。虚拟探测还可以从测量中解嵌探头和夹具响应，从而提高信号完整性测量的准确性。

　　串行数据分析

　　许多军用嵌入式系统采用多通道信令，使串行链路分析成为一件非常复杂的事情。在当今的数据速率下，工程师必须能够访问各种形式的信号分析：眼图、抖动、噪声和串扰。任何这些参数中的异常都可能破坏接收器上的串行流。如果没有适当的工具集，所有这些分析都很难执行且耗时。

　　幸运的是，现代信号分析工具与功能强大的信号分析仪或示波器配合使用时，能够揭开这些分析的神秘面纱，并同时聚焦多达四条通道上的信号缺陷。此类工具的一个例子可以在泰莱迪恩·勒克罗伊的SDAIII-CompleteLinQ软件中找到，该软件提供了一套完整的串行数据分析工具，以形成眼图并将抖动分解成其组成部分（见图2）。

　　图 2：泰莱迪恩·勒克罗伊的 SDAIII-CompleteLinQ 软件包括串行数据分析工具，包括眼图、串扰分析和噪声分析。

　　抖动是用于在适当时间（无论是早还是晚）到达目的地的信号的术语。抖动的结果是由于寄存器锁存不正确而导致的位错误。虽然几乎不可能设计出100%无位错误的高速串行通道，但这样的工具集可以帮助确定抖动、噪声和串扰的来源。

　　审核编辑：郭婷