电源与时钟的单元测试方案解析

调试功能基本OK后，进入单元测试阶段。

单元测试，一般是指基于开发人员自行开展的功能测试及各个功能单元的单元测试，是硬件信号级的测试，分为基本测试和信号完整性测试。也被称作硬件的白盒测试。

1、单元测试开始前，全项目组人员一起学习《硬件单元测试规范及建议》就测试方法和测试规则达成一致；

2、需要制定UT测试计划和评审计划。要求测试完成一部分电路就评审一部分，不要测试完成后才一起评审。

3、单元测试的时序、信号质量、电源等测试都用专用表格进行，测试环节包括探头、单板等信息一定要与测试数据一起保存；

4、SI测试按照规范指导进行，并且遵从接口规范

5、单元测试的问题全部要提问题单跟踪解决，测出问题在记录在跟踪表的同时就马上提问题单（单元测试的问题单可以走短流程），不要积累到最后一起提。

6、单元测试开发与硬测一起参与，为确保测试和评审质量，开发与硬测要拉通运作，一起测试，一起评审。严禁分工后各管各的。

基本测试

基本性能测试项目如图所示。图7.5基本性能测试项目

电源相关测试细则，可以点击下面几篇文章：

电源测试之输出动态响应(Output Dynamic Response Test)

电源输出的Overshoot和Undershoot 测试

电源效率测试

用示波器也可以测试“电源环路稳定性”

电源纹波测试

我们需要按照自己公司规定格式进行电源测试：

电源的基本参数测试完成之后，需要对上电时序进行测试：

我们在设计的时候，通过控制电源的上电使能管脚或者通过MOSFET、或者专用的电源上电控制芯片，控制不同电源的上电时序，以确保每个芯片的电源上电时序是满足芯片的要求的。我们在测试的时候，需要对相关的要求一一测试，以确认每个上电时序满足要求的。甚至在极端高低温环境下对上电时序都需要进行全部的测量，以确保电路板在高低温环境下的都满足上电时序要求。

通过示波器查看上电过程中，电源时间的时序关系。

时钟相关测试细则，可以点击下面几篇文章：

时钟基础知识，该文档已经支持下载

一个25MHZ时钟信号的单调性问题测试分析

时钟的基本参数与基本测试项目

频率准确度和稳定度（Frequency Accuracy & Stability）

TIE （Time Interval Error）

MTIE （Maximum Time Interval Error）

TDEV （Time Deviation）

抖动和漂动 （Jitter & Wander）

抖动和相噪

例如PCIe时钟，按照PCIe的规范要求，核对和测试频率，上升速率、电平标准、抖动等参数：

抖动:时域概念

抖动是对信号时域变化的测量结果，它从本质上描述了信号周期距离其理想值偏离了多少。包括确定性抖动和随机抖动

确定性抖动是由可识别的干扰信号造成的，这种抖动通常幅度有限，具备特定的产生原因，而

且不能进行统计分析。确定性抖动的来源主要有4种

1、相邻信号走线之间的串扰

2、敏感信号通路上的EMI辐射

3、多层基底中电源层的噪声

4、多个门电路同时转换为同一种逻辑状态

随机抖动是指由较难预测的因素导致的时序变化。随机抖动最基本的一个特性就是随机性，因此我们可以用高斯统计分布来描述其特性。

相噪:频域概念

相位噪声是对信号时序变化的另一种测量方式，其结果在频率域内显示。图用一个振荡器信号来解释相位噪声。

首先来看什么是相位噪声？

在维基百科中，相位噪声的定义是“时域不稳定性（抖动）导致波形在相位上发生快速、短期、随机的波动，这种波动在频域中的表现即为相位噪声”。这一术语中的“噪声”一词告诉我们，它指的不是杂散或确定性波动。

定义中提到的“短期”是为了与确定时钟源纯净度时所用的其他方法加以区别，例如以百万分之几（ppm）为单位的稳定度。它通常是以更大的时间长度进行测量，例如秒或分钟。

图26 理想与真实信号在时域和频域的对比

虽然有许多技术术语可以量化相位噪声，但最常采用的指标之一是“单边带（SSB）相位噪声”，L(f)。在数学上，美国国家标准与技术研究院（NIST）将L(f)定义为从载波的偏移频率处的功率密度与载波信号的总功率之比，单位为dBc/Hz:

基于频域相噪的测量结果可以再转化为时域的相位抖动，这就是数字和时域研究人员感兴趣的结果。如下图示，相位抖动可以对阴影频带范围内相噪进行积分得到。

 

基于相噪测量得到相位抖动

对于传统的数字领域的公司和工程师而言，如果为了测试相位噪声而专门进行相位噪声测量仪器的投资，很明显其性价比是不高的。因此发掘现有设备的潜能让其发挥更大作用，也是一个不错的选择，而普遍存在的实时示波器当然是最佳的选择。

相比其它频域仪器测量方法，采用实时示波器进行相噪分析的优点除了节约投资外主要还有实时示波器可以测量方波时钟信号或者带SSC(扩频时钟)的时钟信号相噪，尤其是SSC扩频时钟在高速串行数据标准如PCIExpress/USB等参考时钟信号里是相当常见的。

另外采用实时示波器的方法可以测量100MHz以上的时钟频率偏移，而频域仪器一般限定在100MHz范围内。针对数字域常见的差分信号，示波器可以采用高阻探头直接探测或者采用2个通道输入再进行差分运算，无需额外的附件Balun(巴伦)。

当然实时示波器还可以直接测量传递到数据信号上的相位噪声。实时示波器还有强大的数据存储和记录能力可以保存波形用于传统的数字分析工具比如PCIExpress 标准的CLK Jitter Tool等。

编辑：黄飞