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硬件测试技术
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课程大纲
�硬件测试概述硬件测试概述硬件测试概述硬件测试概述
�测试前准备测试前准备测试前准备测试前准备
�硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作
�硬件测试的级别硬件测试的级别硬件测试的级别硬件测试的级别
�可靠性测试可靠性测试可靠性测试可靠性测试
�测试问题解决测试问题解决测试问题解决测试问题解决
�测试效果评估测试效果评估测试效果评估测试效果评估
�测试规范制定测试规范制定测试规范制定测试规范制定
�测试人员的培养测试人员的培养测试人员的培养测试人员的培养
2010-6-4 Olica 3
硬件测试概述
1111、硬件测试的概念、硬件测试的概念、硬件测试的概念、硬件测试的概念
� 测试是为了发现错误而执行操作的过程
� 测试是为了证明设计有错，而不是证明设计无错误
� 一个好的测试用例是在于它能发现至今未发现的错误
�一个成功的测试是发现了“至今未发现的错误”的测试
2010-6-4 Olica 4
硬件测试概述
2222、硬件测试的目的、硬件测试的目的、硬件测试的目的、硬件测试的目的
测试的目的决定了如何去组织测试。如果测试的目的是为了尽
可能多地找出错误，那么测试就应该直接针对设计比较复杂的部分或
是以前出错比较多的位置。如果测试目的是为了给最终用户提供具有
一定可信度的质量评价，那么测试就应该直接针对在实际应用中会经
常用到的商业假设。。。。
综合评估，决定产品的测试方向！
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硬件测试概述
3333、硬件测试的目标、硬件测试的目标、硬件测试的目标、硬件测试的目标————————产品的零缺陷产品的零缺陷产品的零缺陷产品的零缺陷
� 关注点：产品规格功能的实现，性能指标，可靠性，可测试性，易
用性等。
� 实现的保障：产品的零缺陷构筑于最底层的设计，源于每一个函数、
每一行代码、每一部分单元电路及每一个电信号。测试就是要排除每
一处故障和每一处隐患，从而构建一个零缺陷的产品。
� MTBF不是计算出来的，而是设计出来的。
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硬件测试概述
4444、硬件测试的意义、硬件测试的意义、硬件测试的意义、硬件测试的意义
� 测试并不仅仅是为了要找出错误。通过分析错误产生的原因和错误
的分布特征，可以帮助项目管理者发现当前设计过程的缺陷，以便改
进。同时，这种分析也能帮助我们设计出有针对性地检测方法，改善
测试的有效性。
� 没有发现错误的测试也是有价值的，完整的测试是评定测试质量的
一种方法。
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硬件测试概述
5555、目前业界硬件测试的开展状况、目前业界硬件测试的开展状况、目前业界硬件测试的开展状况、目前业界硬件测试的开展状况
随着质量的进一步要求，硬件测试工作在产品研发阶
段的投入比例已经向测试倾斜，许多知名的国际企业，硬
件测试人员的数量要远大于开发人员。而且对于硬件测试
人员的技术水平要求也要大于开发人员。
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硬件测试概述
6666、硬件测试在企业价值链中的地位、硬件测试在企业价值链中的地位、硬件测试在企业价值链中的地位、硬件测试在企业价值链中的地位
——采购——研发——测试——生产——销售——
测试是每项成功产品的必经环节
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硬件测试概述
7777、硬件测试对公司形象和公司发展的重要性、硬件测试对公司形象和公司发展的重要性、硬件测试对公司形象和公司发展的重要性、硬件测试对公司形象和公司发展的重要性
硬件测试是评估产品质量的重要方法
产品质量是公司的信誉和品牌象征
公司的信誉和质量决定了公司的发展前景
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硬件测试概述
8888、硬件测试的一般流程和各阶段点的输出文件、硬件测试的一般流程和各阶段点的输出文件、硬件测试的一般流程和各阶段点的输出文件、硬件测试的一般流程和各阶段点的输出文件
2010-6-4 Olica 11
课程大纲
�硬件测试概述硬件测试概述硬件测试概述硬件测试概述
�测试前准备测试前准备测试前准备测试前准备
�硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作
�硬件测试的级别硬件测试的级别硬件测试的级别硬件测试的级别
�可靠性测试可靠性测试可靠性测试可靠性测试
�测试问题解决测试问题解决测试问题解决测试问题解决
�测试效果评估测试效果评估测试效果评估测试效果评估
�测试规范制定测试规范制定测试规范制定测试规范制定
�测试人员的培养测试人员的培养测试人员的培养测试人员的培养
2010-6-4 Olica 12
测试前准备
1111、正规检视、正规检视、正规检视、正规检视
� 硬件设计审查
� 原理图检视
� PCB检视
发现硬件设计原理缺陷
发现成本浪费问题
发现降额不规范设计
发现布局和布线的缺陷
发现EMC等专项设计缺陷
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测试前准备
2222、正规检视的流程、正规检视的流程、正规检视的流程、正规检视的流程
� 检视专家的确定
� 评审专家预检视
� 检视问题反馈整理
� 检视会议召开
� 检视问题确认，解决
� 检视问题跟踪
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测试前准备
3333、、、、FMEAFMEAFMEAFMEA（（（（故障模式影响分析）故障模式影响分析）故障模式影响分析）故障模式影响分析）
分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其
对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重
程度、检测难易程度以及发生频度予以分类的一种归纳分
析方法。
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测试前准备
FMEAFMEAFMEAFMEA的意义的意义的意义的意义
� 能帮助设计者和决策者从各种方案中选择满足可靠性要求的最佳方
案；
� 保证所有元器件的各种故障模式及影响都经过周密考虑；
� 能找出对系统故障有重大影响的元器件和故障模式，并分析其影响
程度；
� 有助于在设计评审中对有关措施（如冗余措施）、检测设备等作客
观的评价；
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测试前准备
FMEAFMEAFMEAFMEA的意义（续）的意义（续）的意义（续）的意义（续）
�能为进一步定量分析提供基础；
� 能为进一步更改产品设计提供资料；
� 能为产品可测试方案提供基础材料；
� 能为技术支援人员提供维修指南；
� 为基于故障模式的测试提供依据。
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测试前准备
FMEAFMEAFMEAFMEA的层次的层次的层次的层次
信号级：对接口信号或某些特殊器件的分析
器件级：对系统内功能模块的可靠性分析
系统级：对系统的整体可靠性分析
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测试前准备
严酷度严酷度严酷度严酷度
� 在某些系统中，最终影响的严重程度等级又称为严酷度（有时也
称为严重度，系指故障模式所产生后果的严重程度）类别。
� 严重程度等级（严酷度类别）定义应考虑到故障所造成的最坏的
潜在后果来确定。
� 严酷度的定义是FMEA的前提和基础，有了共识的严酷度才可以保
证FMEA的顺利开展和问题的落实。
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测试前准备
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测试前准备
风险分析风险分析风险分析风险分析
� 风险分析的目的是按每一故障模式的严重程度及该故障模式发生
的概率所产生的综合影响对系统中的产品划等分类，以便全面评价系
统中各种可能出现的产品故障的影响，它是一种相对定量的分析方
法，通常借助图形工具（如矩阵图）来辅助分析。
� 风险分析常用的方法有两种，即风险优先数（Risk Priority
Number，RPN）法和危害性分析（Criticality Analysis）法
� 前者主要用于汽车等民用工业领域，后者主要用于航空、航天等
军用领域。在进行风险分析时可根据具体情况选择一种方法。
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测试前准备
FFFF
MMMM
EEEE
AAAA
分分分分
析析析析
步步步步
骤骤骤骤
和和和和
要要要要
点点点点
确定范围
确定功能
失效模式
潜在影响
严酷度
分类
潜在原因
发生频度
控制措施
探测率
RPN
整改措施
如何定义严酷度分类：
对操作者危害最高
失效概率：
每小时，每班次，每天，每星期。。。
潜在影响：
停机：损坏，装备与调整，试机损失
报废：缺陷部件，工具类
安全：
找原因：
1 以前FMEA 分析
2 失效日志
3 接口矩阵（物理干涉，能量传递，物
流，信息转移）
4 保证书
5 专题研究报告
6 测试报告
7 现场服务报告
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测试前准备
FMEAFMEAFMEAFMEA分析表格分析表格分析表格分析表格
备
注
建议
改进
措施
已有
的补
偿措
施
已有
的检
测方
法
严
酷
度
对系
统的
最终
影响
对功
能单
元的
影响
局部
影响
失效
比例
失效
模式
失
效
率
所属
功能
单元
器件
名称
编
号
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测试前准备
4444、、、、故障处理故障处理故障处理故障处理
� 故障检测故障检测故障检测故障检测
� 故障定位故障定位故障定位故障定位
� 故障隔离故障隔离故障隔离故障隔离
� 故障恢复故障恢复故障恢复故障恢复
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测试前准备
故障检测故障检测故障检测故障检测
� 故障检测是指明确到故障已经发生的过程，是故障处理流程的前
提。
� 这里提到的检测一般是指系统在故障发生后的自动的检测，一般
不需要人进行操作。
� 在进行故障检测的时候需要结合软、硬件故障检测方法。
� 某些故障可能需要多次检测确认，避免进行误告警和误操作
2010-6-4 Olica 25
测试前准备
故障定位故障定位故障定位故障定位
� 故障定位是指将故障定位到现场最小可更换单元的过程，是故障
维修的基础。
� 故障定位的目的是为了便于维修工程人员进行现场的故障维修和
返修件的故障处理。
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测试前准备
故障隔离故障隔离故障隔离故障隔离
� 故障隔离一般是将故障限定到可更换单元内部的过程。故障隔离
的目标是将故障能够限定在越小的功能单元。
� 故障隔离是为了将故障的影响范围限制在尽可能小的范围之内。
� 故障是无法避免的，如何将故障产生的影响降到最低，是故障隔
离所要考虑的关键。
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测试前准备
故障恢复故障恢复故障恢复故障恢复
� 故障恢复是将系统的功能状态恢复到故障发生前状态的过程，是
客户最关心的也是系统稳定运行的关键步骤。
� 常用的故障恢复手段有复位、冗余倒换、重发等。
� 故障恢复尽量需要做到自动进行，以降低对用户的影响。
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测试前准备
5555、测试计划、测试计划、测试计划、测试计划
描述该测试计划所应达到的目标如下（可依据项目的实际要求做
适当调整）：
� 所有测试需求都已被标识出来；
� 测试的工作量已被正确估计并合理地分配了人力、物力资源；
� 测试的进度安排是基于工作量估计的、适用的；
� 测试启动、停止的准则已被标识；
� 测试输出的工作产品是已标识的、受控的和适用的。
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测试前准备
测试计划的内容测试计划的内容测试计划的内容测试计划的内容
测试计划一般应该包含一下的内容：
� 测试对象，明确版本，范围，任务划分
� 角色和职责
� 测试和不被测试的特性原因
� 测试通过与否的标准
� 测试任务安排
� 测试结束的交付件
� 工作量评估
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测试前准备
6666、测试用例、测试用例、测试用例、测试用例
� 测试用例更多的是需要描述测试方法，测试步骤，测试的预期效
果，需要达到的指标。需要更加详细的对每一条测试项目进行描述。
� 测试用例是直接用来指导测试的，所以对测试项目的描述需要更
具体，更便于参考操作。
2010-6-4 Olica 31
测试前准备
测试用例的一般格式测试用例的一般格式测试用例的一般格式测试用例的一般格式
备注
应达到的指标和预期效果
测试步骤和方法（具体细致的操作方法）
测试条件（环境、仪器等相关要求）
测试级别（必测、选测、可测）
测试子项目（子项目描述）
测试项目（模块或单元）
测试用例编号
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测试前准备
7777、测试需求的来源、测试需求的来源、测试需求的来源、测试需求的来源
一切测试的需求都来自于产品设计的规格，规格来自于用户的需求。
因此我们的测试是针对产品规格的测试。具体可以从以下几方面进行
考虑：
� 产品设计功能
根据功能的实现，分别对实现该功能的各个环节进行测试，从硬件、
单板软件、高层软件到用户界面，只有各个环节都畅通无阻，才能保
证该功能的正常实现。
� 可靠性
备份、倒换、插拔、互助、自愈等
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测试前准备
测试需求的来源（续）测试需求的来源（续）测试需求的来源（续）测试需求的来源（续）
� 指标性能需求
指标包括电接口指标、光接口指标、时钟指标、传输指标和指标容
差，
指标一般都有相关的标准可查。性能一般可从容量、处理能力、容限
等方面去考虑，一般是测试异常输入条件下的单元、模块、系统处理
情况。性能测试的异常条件主要是指边界条件、异常条件及故障相关
性。
� 组网
组网需求：电信网组网、异种厂商的互联
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测试前准备
测试需求的来源（续）测试需求的来源（续）测试需求的来源（续）测试需求的来源（续）
� 应用环境
应用环境一般可从以下几个方面考虑：
高温、低温、高低温交变、盐雾、湿热、防尘
接地、电源、震动、冲击、存储、运输
电磁兼容性
断电恢复性
2010-6-4 Olica 35
课程大纲
�硬件测试概述硬件测试概述硬件测试概述硬件测试概述
�测试前准备测试前准备测试前准备测试前准备
�硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作
�硬件测试的级别硬件测试的级别硬件测试的级别硬件测试的级别
�可靠性测试可靠性测试可靠性测试可靠性测试
�测试问题解决测试问题解决测试问题解决测试问题解决
�测试效果评估测试效果评估测试效果评估测试效果评估
�测试规范制定测试规范制定测试规范制定测试规范制定
�测试人员的培养测试人员的培养测试人员的培养测试人员的培养
2010-6-4 Olica 36
硬件测试的种类与操作
1111、测试设计、测试设计、测试设计、测试设计
测试并不是简单意义上的一些测试操作，在测试前需要有详细的设
计，周密的策划，测试是一项高难度的工作。
测试设计概念的范围很广，大致可以分为以下几类：
� 设计测试平台，用此测试平台能进行通用项目的测试，或是进行能
用此测试平台作一类测试。
� 设计测试工具，设计测试软件。
� 设计测试装备。
� 设计测试用例，测试方法。
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硬件测试的种类与操作
测试设计的好处测试设计的好处测试设计的好处测试设计的好处
� 良好的测试设计和有效测试工具可减少重复低效的劳动
� 有效地开发利用测试工具可使测试更深入、更全面
� 有些复杂的测试只能依靠测试工具进行自动测试
� 在测试中经常进行测试设计是提升技术水平的有效手段
我们在做测试工作时，不能因循守旧，需要时刻考虑如何改进我们的我们在做测试工作时，不能因循守旧，需要时刻考虑如何改进我们的我们在做测试工作时，不能因循守旧，需要时刻考虑如何改进我们的我们在做测试工作时，不能因循守旧，需要时刻考虑如何改进我们的
测试效果，提高我们的测试效率，在测试点上进行深入研究，开发测测试效果，提高我们的测试效率，在测试点上进行深入研究，开发测测试效果，提高我们的测试效率，在测试点上进行深入研究，开发测测试效果，提高我们的测试效率，在测试点上进行深入研究，开发测
试工具，最终使我们的所有点的测试达到自动化。试工具，最终使我们的所有点的测试达到自动化。试工具，最终使我们的所有点的测试达到自动化。试工具，最终使我们的所有点的测试达到自动化。
2010-6-4 Olica 38
硬件测试的种类与操作
良好的测试设计同样也是节约测试成本的手段良好的测试设计同样也是节约测试成本的手段良好的测试设计同样也是节约测试成本的手段良好的测试设计同样也是节约测试成本的手段
现在的测试工作中，经常会遇到一些无法在实验室模拟的情况，可能
在实际现场也无法模拟，并且如果要模拟所花的代价很大，如满配置、
最大负荷的情况，而这些项目的测试通过与否是检验系统性能的重要
手段。这个测试任务便给我们提出了编写测试软件模拟大负荷情况的
要求。不但实现和自动化，而且大幅度的节约了成本。
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硬件测试的种类与操作
2222、基础指标测试、基础指标测试、基础指标测试、基础指标测试
� 信号质量测试信号质量测试信号质量测试信号质量测试
基本的信号质量测试是通过测试单板上的各种信号质量，根据信
号种类的不同，用不同的指标来衡量信号质量的好坏，并对信号质量
的分析，发现系统设计中的不足。
开发人员根据已有的信号质量和时序调试和测试方面的规范和指
导书，在单板调试阶段完成对单板信号质量的全面测试并完整记录结
果。
测试仪器——示波器
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硬件测试的种类与操作
� 时序测试时序测试时序测试时序测试
对板内信号时序进行调试，验证信号实际时序关系是否可靠，是
否满足器件要求和设计要求；分析设计余量，评价单板工作可靠性。
开发人员根据已有的信号质量和时序调试和测试方面的规范和指
导书，在单板调试阶段完成对单板时序（包括逻辑外部时序）的全面
调试和测试。
测试仪器——示波器，逻辑分析仪
2010-6-4 Olica 41
硬件测试的种类与操作
3333、功能测试、功能测试、功能测试、功能测试
功能测试是根据硬件详细设计报告中提及的功能规格进行测试，
验证设计是否满足要求。
功能测试是系统功能实现的基本，是需要严格保证测试通过率的。
如被测对象与其规格说明、总体/详细设计文档之间存在任何差异的
均需要详细描述。
一般包含，电源、CPU、逻辑、复位、倒换、监控、时钟、业务
等。
2010-6-4 Olica 42
硬件测试的种类与操作
4444、性能测试、性能测试、性能测试、性能测试————————容限测试容限测试容限测试容限测试
指使系统正常工作的输入允许变化范围。容限测试的目的是通过
测试明确知道我们的设备到底在什么样的条件范围下能够正常工作，
薄弱环节到底在哪里。
能否发现和验证器件降额的问题，系统工作允许范围内的临界点
上的性能。
2010-6-4 Olica 43
硬件测试的种类与操作
5555、容错测试、容错测试、容错测试、容错测试————————FITFITFITFIT
指通过冗余设计等手段避免、减小某些故障对系统造成的影响以
及在外部异常条件恢复后系统能够自动恢复正常的能力。容错测试的
目的是要检验系统对异常情况是否有足够的保护，是否会由于某些异
常条件造成故障不能自动恢复的严重后果。
容错测试的一般方法就是采用故障插入的方式，模拟一些在产品
使用过程中可能会产生的故障因素，进而考察产品的可靠性及故障处
理能力的一种测试方法。
2010-6-4 Olica 44
硬件测试的种类与操作
5555、容错测试、容错测试、容错测试、容错测试————————FITFITFITFIT
容错测试项目的来源主要是通过FMEA获得，是验证FMEA分析结果
的一种手段。而且某些通过FMEA分析无法准确获得结论的项目也要通
过FIT来进行模拟。
容错测试还包括的另外一个主要内容就是操作方面的，主要模
拟在用户使用不当的时候系统的容忍错误的能力。
2010-6-4 Olica 45
硬件测试的种类与操作
5555、容错测试、容错测试、容错测试、容错测试————————FITFITFITFIT
容错测试一般允许出现一些功能异常，但是不能出现功能丧失或
故障扩散等严重的安全隐患。
常用的故障插入测试方法有时钟拉偏、误码插入、电源加扰
等，，常用测试工具有些是专用的，有些是内部开发的。
通过容错测试，还可以确定在产品的实际应用过程中哪些错是易
产生的，哪些错是可以避免的，以尽量减少损失。
2010-6-4 Olica 46
硬件测试的种类与操作
6666、长时间验证测试、长时间验证测试、长时间验证测试、长时间验证测试
� 由于电子类产品很多是需要长时间运行的，所以进行长时间的验证
测试是很有必要的
� 某些器件应用不当的设计，更容易在长时间的运行中，才会显露出
来。
� 系统的散热能力也只有在长时间的大功率运行时才容易暴露。
� 长时间的运行才容易发生某些被忽略的偶然因素，容易发现某些潜
在问题。
2010-6-4 Olica 47
硬件测试的种类与操作
6666、长时间验证测试、长时间验证测试、长时间验证测试、长时间验证测试
长时间测试不仅对于系统而言，在进行单元测试和集成测试时，
对于每一个功能模块均需要进行长时间的功能验证。
长时间的验证具体的时间把握同产品的实际使用情况相关，对于
通信产品系统，一般建议测试时间要达到一星期。对于每一个功能模
块的时间要求一般要达到两天。
2010-6-4 Olica 48
硬件测试的种类与操作
7777、一致性测试、一致性测试、一致性测试、一致性测试
一致性测试是指将不同批次的产品分别取样，进行测试验证，考一致性测试是指将不同批次的产品分别取样，进行测试验证，考一致性测试是指将不同批次的产品分别取样，进行测试验证，考一致性测试是指将不同批次的产品分别取样，进行测试验证，考
察产品功能和性能方面一致性的测试察产品功能和性能方面一致性的测试察产品功能和性能方面一致性的测试察产品功能和性能方面一致性的测试
为了验证不同生产批次的产品质量和不同批次器件的质量，是否
具有较高的一致性，是否能够满足产品的功能和使用条件要求。
2010-6-4 Olica 49
硬件测试的种类与操作
7777、一致性测试、一致性测试、一致性测试、一致性测试
测试要点
� 测试至少要包含3次活以上不同器件批次和生产批次的产品
� 测试项目要包含所有的功能测试项目，和重要的信号质量和时序等
项目
� 重点需要验证长时间的稳定性是否一致
� 如果具备条件，需要验证在环境条件变化时（如高温环境），各样
品的一致性能。
2010-6-4 Olica 50
硬件测试的种类与操作
8888、可靠性数预计、可靠性数预计、可靠性数预计、可靠性数预计
这里的可靠性数据一般包含MTBF（平均故障间隔时间）、
MTTR（平均修复时间）、失效率、可用度、返修率等。
可靠性数据预计的基础是FMEA分析，通过分析获得。
2010-6-4 Olica 51
硬件测试的种类与操作
可用度（可用度（可用度（可用度（A-availabilityA-availabilityA-availabilityA-availability）：）：）：）：
产品在一未知时刻，需要执行任务时，处于可工作或可使用状
态的概率。
平均故障间隔时间（平均故障间隔时间（平均故障间隔时间（平均故障间隔时间（MTBF-mean time between failureMTBF-mean time between failureMTBF-mean time between failureMTBF-mean time between failure）：）：）：）：
指相邻失效间隔工作时间的平均值。
平均失效前时间（平均失效前时间（平均失效前时间（平均失效前时间（MTTF-mean time to failureMTTF-mean time to failureMTTF-mean time to failureMTTF-mean time to failure）））） ：：：：
表示观察到下次失效的期望的时间。
2010-6-4 Olica 52
硬件测试的种类与操作
平均拆卸间隔时间（平均拆卸间隔时间（平均拆卸间隔时间（平均拆卸间隔时间（MTBR-mean time between removalsMTBR-mean time between removalsMTBR-mean time between removalsMTBR-mean time between removals))))
系统寿命单位总数与从该系统上拆下的产品总次数之比。
平均修复时间（平均修复时间（平均修复时间（平均修复时间（MTTR-mean time to repairMTTR-mean time to repairMTTR-mean time to repairMTTR-mean time to repair）：）：）：）：
是在规定的时间内，修复性维修所造成的累积工作时间除以在同
一时间内所完成的修复维修活动总数得到的结果。
拆卸时间＋定位时间＋修理时间＋安装时间
2010-6-4 Olica 53
硬件测试的种类与操作
可靠度可靠度可靠度可靠度 RRRR（（（（tttt）：）：）：）：
在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的概率。
失效率（失效率（失效率（失效率（λ））））
失效率＝1/MTBF
单位Fits
1Fits＝1×10－9 1/h
2010-6-4 Olica 54
硬件测试的种类与操作
可用度可用度可用度可用度A(Availability)A(Availability)A(Availability)A(Availability)
产品工作时间与总时间之比。若不考虑产品的储存时间和闲置时
间，则 ：
A=MTBF/（MTBF＋MTTR）
A
A
A
A
2010-6-4 Olica 55
硬件测试的种类与操作
返修率返修率返修率返修率
年返修率＝1/MTBF×8760
2010-6-4 Olica 56
硬件测试的种类与操作
练习练习练习练习
系统M的器件使用情况如下表，请计算M的MTBF，A和年返修率
注：MTTR=1MTTR=1MTTR=1MTTR=1小时
4005集成电路
503接插件
10010其他
625电感
2200电容
2150电阻
单个器件失效率（单位：Fits）器件数量器件种类
2010-6-4 Olica 57
硬件测试的种类与操作
100010010其他
4000总计
400
50
6
2
2
单个器件失效率（单
位：Fits）
20005集成电路
1503接插件
15025电感
400200电容
300150电阻
失效率总和器件数量器件种类
MTBF=1/4000× 109 =250000小时＝年
A＝250000/（250000＋1）＝%
返修率＝1/250000×8760＝％
2010-6-4 Olica 58
课程大纲
�硬件测试概述硬件测试概述硬件测试概述硬件测试概述
�测试前准备测试前准备测试前准备测试前准备
�硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作
�硬件测试的级别硬件测试的级别硬件测试的级别硬件测试的级别
�可靠性测试可靠性测试可靠性测试可靠性测试
�测试问题解决测试问题解决测试问题解决测试问题解决
�测试效果评估测试效果评估测试效果评估测试效果评估
�测试规范制定测试规范制定测试规范制定测试规范制定
�测试人员的培养测试人员的培养测试人员的培养测试人员的培养
2010-6-4 Olica 59
硬件测试的级别
1111、黑盒测试与白盒测试、黑盒测试与白盒测试、黑盒测试与白盒测试、黑盒测试与白盒测试
� 黑盒测试注重于测试功能性需求，将测试对象看成一黑盒，对外
只有输入、输出。
设计黑盒测试用例只对于表现在外接口的各种输入，对不同的输入，
测试其表现出来的输出，从而达到测试功能的目的。
� 白盒测试主要测试模块内部的逻辑细节，各个独立的逻辑路径，
黑盒测试不管多么全面，都可能忽略这些错误。
设计白盒测试用例需要构造到信号、逻辑或消息级。
2010-6-4 Olica 60
硬件测试的级别
具体测试时结合使用具体测试时结合使用具体测试时结合使用具体测试时结合使用
白盒测试与黑盒测试各有优势，设计测试用例时应结合使用
举例：
对于开关电的测试，一般采用黑盒测试，设计的测试用例为：快速上、
下电，频繁上、下电等；
对于时钟电路、锁相环等的测试，就需要设计白盒测试用例，如锁相
范围、静态相差、固有抖动、抖动容限等。
2010-6-4 Olica 61
硬件测试的级别
2222、测试的级别、测试的级别、测试的级别、测试的级别
硬件测试按照系统的复杂程度，一般分为：
� 单元测试——针对独立功能单元的测试
� 集成测试——针对具有一定集成度的功能子系统的测试
� 系统测试——针对完整的系统整体的测试
2010-6-4 Olica 62
硬件测试的级别
分层测试的行为方式分层测试的行为方式分层测试的行为方式分层测试的行为方式
测试不能仅仅在一个层次进行，而是应该打破层次之间的界限问题出
现较多的地方一般都是在层与层之间的配合上，如硬件逻辑与单板软
件的配合，单板软件与高层软件的配合。
按照子系统来划分是打破物理层次的较好的方法。
如一个系统中的时钟系统，它可能与系统中的各块单板都相关，并可
能贯穿高层软件、底层软件及硬件。对这个时钟系统测试需要将其首
先划分为各个子模块，对各模块进行测试，然后将其贯穿为整个时钟
系统进行测试
2010-6-4 Olica 63
硬件测试的级别
3333、测试项目的等级划分、测试项目的等级划分、测试项目的等级划分、测试项目的等级划分
表明该用例的重要性。用例的重要性并不对应用例可能造成的后
果，而是对应用例的基本程度，一个可能导致死机的用例未必是高级
别的，因为其触发条件可能相当生僻。测试用例的级别分4级：
� 级别“1”：基本。该类用例涉及系统基本功能，用于版本提交时作
为“版本通过准则”。如存在不通过的项目时可考虑重新提交版本。
� 级别“2”：重要。该类用例涉及单个版本特性，例如某新业务的使
用情况，可定义为2级用例。2级用例所对应的问题可作为重要或一般
问题提交问题报告单，视具体情况决定是否进行更高级别的反馈。
2010-6-4 Olica 64
硬件测试的级别
测试项目的等级划分（续）测试项目的等级划分（续）测试项目的等级划分（续）测试项目的等级划分（续）
� 级别“3”：详细。该类用例仅影响某单项功能的某一细节方面。例
如某新业务的登记和使用正常，但和另一个新业务发生不应有的冲突。
有关性能、极限等方面的测试可归入3级用例。有关用户界面的基本
规范等方面的测试可归入3级用例。
� 级别“4”：生僻。该类用例对应较生僻的预置条件和数据设置。虽
然某些测试用例发现过较严重的错误，但是那些用例的触发条件非常
特殊，仍然应该被置入4级用例中。 有关用户界面的优化等方面的测
试可归入4级用例。
2010-6-4 Olica 65
课程大纲
�硬件测试概述硬件测试概述硬件测试概述硬件测试概述
�测试前准备测试前准备测试前准备测试前准备
�硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作
�硬件测试的级别硬件测试的级别硬件测试的级别硬件测试的级别
�可靠性测试可靠性测试可靠性测试可靠性测试
�测试问题解决测试问题解决测试问题解决测试问题解决
�测试效果评估测试效果评估测试效果评估测试效果评估
�测试规范制定测试规范制定测试规范制定测试规范制定
�测试人员的培养测试人员的培养测试人员的培养测试人员的培养
2010-6-4 Olica 66
可靠性测试
1111、、、、EMCEMCEMCEMC电磁兼容性
� 电磁骚扰测试
• 辐射骚扰测试（RE）
• 传导骚扰测试（CE）
• 谐波电流骚扰测试（Harmonic）
• 电压波动与闪烁测试（Fluctuctions and flicker）
2010-6-4 Olica 67
可靠性测试
EMCEMCEMCEMC电磁兼容性
� 电磁敏感度测试
• 射频电磁场辐射抗扰度测试（RS）
• 传导骚扰抗扰度测试（CS）
• 电快速瞬变脉冲群抗扰度测试（EFT/B）
• 静电放电抗扰度测试（ESD）
• 电压跌落、短时中断抗扰度测试（DIP/interruption）
• 工频磁场抗扰度测试（PMS）
• 浪涌抗扰度测试（SURGE）
2010-6-4 Olica 68
可靠性测试
EMCEMCEMCEMC电磁兼容性
• 电力线感应测试
• 电力线接触测试
2010-6-4 Olica 69
可靠性测试
2222、安规、安规、安规、安规
输入测试 温升测试
耐压测试 接触电流测试
接地连续性测试 异常温升测试
元件异常测试 激光辐射测试
TNV电路和地的隔离测试 TNV电路电压测试
电容放电测试 单板安规审查
TNV电路和其它电路的隔离测试
2010-6-4 Olica 70
可靠性测试
3333、环境试验、环境试验、环境试验、环境试验
一般电子类产品涉及的环境测试有以下种类：
� 气候类
低温贮存 高温贮存
低温工作 高温工作
热测试 温度循环
交变湿热 低温极限试验
高温极限试验 噪声测试
2010-6-4 Olica 71
可靠性测试
环境试验环境试验环境试验环境试验
� 机械振动类
包装随机震动试验 包装碰撞试验
包装跌落 包装冲击
模拟包装运输试验 实地跑车
随机振动 冲击试验
工作正弦震动 工作冲击试验
地震试验
2010-6-4 Olica 72
可靠性测试
环境试验注意事项环境试验注意事项环境试验注意事项环境试验注意事项
� 整个系统根据实际情况进行接地，否则不能模拟实际使用情况。
� 保持测试仪器的良好接地，以保证测试人员安全。
� 对于耐受性测试，试验工程师必须在试验现场看守，以防止试验
故障导致的意外事故。并且必须在试验区加危险警告标识。
2010-6-4 Olica 73
可靠性测试
环境试验时产品工程师的职责环境试验时产品工程师的职责环境试验时产品工程师的职责环境试验时产品工程师的职责
� 完成测试计划中产品功能部分的描述。
� 准备和搭建系统的工作环境。
� 协助制定试验判据。
� 对测试不通过项提出解决措施并实施。
� 每天试验结束后切断系统的电源，并清理试验场地的环境。
� 试验结束后清理实验环境。
2010-6-4 Olica 74
可靠性测试
环境试验时环境工程师的职责环境试验时环境工程师的职责环境试验时环境工程师的职责环境试验时环境工程师的职责
� 完成测试计划中测试项部分的描述。
� 准备和搭建EUT的测试环境。
� 和产品工程师制定试验判据。
� 操作试验仪器。
� 对测试不通过项提出解决措施，并协助产品工程师实施。
� 给出实验结果判断并输出实验报告。
� 创建测试计划和测试报告评审及归档。
2010-6-4 Olica 75
可靠性测试
4444、、、、HALTHALTHALTHALT
HALT（Highly Accelerated Life Test）的全称是高加速寿命
试验，是一种试验方法（思想），采用的环境应力比加速试验更加严
酷。
主要应用于产品开发阶段，它能以较短的时间促使产品的设计
和工艺缺陷暴露出来，从而为我们做设计改进，提升产品可靠性提供
依据。
2010-6-4 Olica 76
可靠性测试
HALTHALTHALTHALT的基本特点的基本特点的基本特点的基本特点
� 试验前无法给定环境应力值；无依据标准；
� 以加速暴露缺陷为目的；
� 直接有助于提高产品可靠性；
� 结论是发现的缺陷和改进方法。
2010-6-4 Olica 77
可靠性测试
HALTHALTHALTHALT试验的优点试验的优点试验的优点试验的优点
� 试验时间短；
� 相对可靠性鉴定试验费用更低；
� 效果明显，快速发现设计和工艺的局限性；
� 缩短开发时间和费用；
� 评估产品更改的有力支撑工程工具
2010-6-4 Olica 78
可靠性测试
HALTHALTHALTHALT试验施加的应力和顺序试验施加的应力和顺序试验施加的应力和顺序试验施加的应力和顺序
一、温度步进应力
低温步进应力
高温步进应力
二、快速温度循环应力
三、振动步进应力
四、组合环境应力
2010-6-4 Olica 79
可靠性测试
HALTHALTHALTHALT试验失效发生处理方式试验失效发生处理方式试验失效发生处理方式试验失效发生处理方式
� 暂停试验，记录失效模式和应力水平
� 采用适当的隔离方法定位失效部分
� 记录失效位置
� 分析根本失效原因
(可能需进行深入的调查和失效分析)
� 进行暂时性修复
� 继续HALT暴露其它问题
2010-6-4 Olica 80
课程大纲
�硬件测试概述硬件测试概述硬件测试概述硬件测试概述
�测试前准备测试前准备测试前准备测试前准备
�硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作
�硬件测试的级别硬件测试的级别硬件测试的级别硬件测试的级别
�可靠性测试可靠性测试可靠性测试可靠性测试
�测试问题解决测试问题解决测试问题解决测试问题解决
�测试效果评估测试效果评估测试效果评估测试效果评估
�测试规范制定测试规范制定测试规范制定测试规范制定
�测试人员的培养测试人员的培养测试人员的培养测试人员的培养
2010-6-4 Olica 81
测试问题解决
1111、测试问题的危害确认、测试问题的危害确认、测试问题的危害确认、测试问题的危害确认
站在用户的角度看待测试问题，小问题也是问题。
� 产品的最终使用者是用户
� 对于一个疑点是否属于问题，最有发言权的是用户
� 测试工程师应该站在用户的角度来看待每一个小问题，假设用户看
到问题表现后的反应
2010-6-4 Olica 82
测试问题解决
2222、测试问题的界别划分、测试问题的界别划分、测试问题的界别划分、测试问题的界别划分
� 致命：引起系统死机或系统崩溃的问题
� 严重：引起系统某一功能失效且不能简单恢复（如插拔单板）的
问题
� 一般：引起系统某一功能失效但可简单恢复或较难重现的问题
� 提示：从操作或维护的角度发现的问题或建议
2010-6-4 Olica 83
测试问题解决
3333、测试问题的种类确认、测试问题的种类确认、测试问题的种类确认、测试问题的种类确认
� 可重现问题
每次重现（每次测试故障现象均会重复发生的问题）
偶尔重现（不定期出现的问题，暂时没有发现触发条件）
� 不可重现问题
问题只出现过一次，在后续的测试过程中没有再次发生
2010-6-4 Olica 84
测试问题解决
4444、测试问题的定位、测试问题的定位、测试问题的定位、测试问题的定位
� 定位方法
自动定位——系统通过自动检测等手段，可以直接产生相关告警
人为定位——指通过人的现场观察或是借助一定的测试手段可以即可
定位。
不可定位——指在现场无法定位，需要借助专用的测试工具，或是专
业的人员才有可能定位的问题
� 恢复方式
自动恢复、手动恢复、不可恢复（定义参考定位方法）
2010-6-4 Olica 85
测试问题解决
5555、测试问题反馈方式和注意事项、测试问题反馈方式和注意事项、测试问题反馈方式和注意事项、测试问题反馈方式和注意事项
� 测试工程师发现的任何问题都应该以问题反馈单的形式反馈
� 尽量不要测试人员直接协调开发人员解决问题，如果是为了保留测
试环境或解决某些难以重现的问题，可以先通知开发人员了解故障现
象，同时需要尽快补交问题反馈单。
� 问题反馈时应尽量将故障现象、触发条件、环境因素、组网情况等
信息描述清楚，以便问题的处理
� 养成保留现场的习惯。
2010-6-4 Olica 86
测试问题解决
6666、测试问题跟踪和解决流程、测试问题跟踪和解决流程、测试问题跟踪和解决流程、测试问题跟踪和解决流程
� 测试工程师提交问题反馈单
� 测试经理审批，并转给相应处理部门经理
� 受理部门经理审批，转给开发工程师处理
� 开发工程师处理问题，并返还受理部门经理审批
� 返还测试经理审批
� 测试经理返回测试工程师
� 测试工程师回归测试
2010-6-4 Olica 87
测试问题解决
问题反馈注意事项问题反馈注意事项问题反馈注意事项问题反馈注意事项
� 流程中间的任何环节都可以通过正当的理由返回上一级处理
� 禁止跨流程，跨人员审批
� 每个环节都应该有相应的时间要求，不允许无故拖延时间
� 测试人员在进行回归测试时要严格把关，问题处理流程不可以随便
关闭
� 流程处理过程中对事不对人，要按照事实说话
� 问题报告单应该最为测试人员测试绩效考核的一部分
2010-6-4 Olica 88
课程大纲
�硬件测试概述硬件测试概述硬件测试概述硬件测试概述
�测试前准备测试前准备测试前准备测试前准备
�硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作
�硬件测试的级别硬件测试的级别硬件测试的级别硬件测试的级别
�可靠性测试可靠性测试可靠性测试可靠性测试
�测试问题解决测试问题解决测试问题解决测试问题解决
�测试效果评估测试效果评估测试效果评估测试效果评估
�测试规范制定测试规范制定测试规范制定测试规范制定
�测试人员的培养测试人员的培养测试人员的培养测试人员的培养
2010-6-4 Olica 89
测试效果评估
1111、测试报告、测试报告、测试报告、测试报告
测试报告一般需要包含以下内容：
� 测试时间、地点、人员
� 测试环境
� 测试数据统计
• 测试人员等工作量统计
• 测试项目通过情况统计
• 缺陷统计
• 覆盖率统计
2010-6-4 Olica 90
测试效果评估
� 测试评估
• 测试活动评估
总结经验教训，评估工作量
• 测试对象评估
给出被测对象的的客观评价
• 测试设计评估
描述对测试设计的改进建议和理由
� 遗留问题
2010-6-4 Olica 91
测试效果评估
2222、评审、评审、评审、评审————————评审角色评审角色评审角色评审角色
开发工程师
� 评审前需要提供相关的设计文档《总体设计方案》、《详细设计
报告》
� 评审会议做简单的原理和功能介绍
� 评审完成后，根据评审会议确认的问题做相应的更改
2010-6-4 Olica 92
测试效果评估
2222、评审、评审、评审、评审————————评审角色评审角色评审角色评审角色
硬件项目经理
� 明确设计责任，将评审会议确定的问题按照指责分配给相关的责
任人
� 公开评审会完成后，确认并保证会议上的问题做了妥善解决
2010-6-4 Olica 93
测试效果评估
2222、评审、评审、评审、评审————————评审角色评审角色评审角色评审角色
硬件测试工程师
� 介绍测试过程和采用的测试方法
� 阐述测试过程发现的问题
� 详细描述测试问题发生的条件，问题现象
� 整理汇总测试问题，出具《测试报告》
� 评审会议结束后，跟踪问题的后续解决情况，进行回归测试
2010-6-4 Olica 94
测试效果评估
2222、评审、评审、评审、评审————————评审角色评审角色评审角色评审角色
硬件项目经理
� 对测试问题进行确认
� 组织评审会议
� 确定评审专家
� 汇总评审意见
� 不放过任何一个可能的问题，站在测试的立场坚持一切可能的问
题，不随便放过一个可能存在的问题，为测试工程师撑腰
2010-6-4 Olica 95
测试效果评估
2222、评审、评审、评审、评审————————评审角色评审角色评审角色评审角色
评审专家
� 在问题后续阶段结束时，即本次评审完成时，将评审结果归档
� 正确归档组织者和开发者提供的归档资料
2010-6-4 Olica 96
测试效果评估
2222、评审、评审、评审、评审————————评审角色评审角色评审角色评审角色
归档员
� 提前一天反馈评审意见
� 对测试问题进行确认
� 准时参加评审会议，提出有针对性，有价值的评审意见
� 给出问题的建议解决方法
2010-6-4 Olica 97
测试效果评估
2222、评审、评审、评审、评审————————评审原则评审原则评审原则评审原则
� 开发和测试人员介绍长度10--20分钟为宜，评审人员只听，不要打
断设计人员介绍。
� 资料袋下发到评审专家不少于5个小时
� 所有的评审人员都必须要参加，如有特殊情况，要指定同等资历的
专家加入
� 评审需要建立打分机制，根据评审专家的意见数量和质量进行打
分，分数同评审专家的任职资格和考评相结合
2010-6-4 Olica 98
测试效果评估
2222、评审、评审、评审、评审————————评审效果评审效果评审效果评审效果
� 测试问题得到及时的解决
� 产品质量得到提高
� 测试问题和经验得到收集和积累
� 为后续类似产品提供测试等经验
2010-6-4 Olica 99
测试效果评估
3333、经验的总结、经验的总结、经验的总结、经验的总结
测试经验总结是我们共同的财富，也是我们提高自身的手段。经验总
结的形式：
� 审查规范
� 测试规范
� checklist
� 案例
� 技术报告
总结可避免重复劳动，平时工作中需要有总结的意识。总结可避免重复劳动，平时工作中需要有总结的意识。总结可避免重复劳动，平时工作中需要有总结的意识。总结可避免重复劳动，平时工作中需要有总结的意识。
2010-6-4 Olica 100
测试效果评估
4444、测试经验的获取、测试经验的获取、测试经验的获取、测试经验的获取
� 从测试过程中获取
直接 印象深刻 深入 正确程度？
� 从问题攻关中获取
直接 印象深刻 深入 数量少
� 从他人的经验总结中获取
较深入 数量大 间接
大量的经验应来自于获取他人的测试经验并加以自己实践的验证，从大量的经验应来自于获取他人的测试经验并加以自己实践的验证，从大量的经验应来自于获取他人的测试经验并加以自己实践的验证，从大量的经验应来自于获取他人的测试经验并加以自己实践的验证，从
而加深印象，成为自己的经验。而加深印象，成为自己的经验。而加深印象，成为自己的经验。而加深印象，成为自己的经验。
2010-6-4 Olica 101
测试效果评估
如何增长测试经验如何增长测试经验如何增长测试经验如何增长测试经验
� 测试过程中深入分析，挖掘到本质
� 积极参与问题攻关
� 多从网上获取他人经验
� 多与他人进行技术交流
� 参与测试技术的开发
增长测试经验即提高技术能力，优秀的测试工程师肯定可以是优秀的增长测试经验即提高技术能力，优秀的测试工程师肯定可以是优秀的增长测试经验即提高技术能力，优秀的测试工程师肯定可以是优秀的增长测试经验即提高技术能力，优秀的测试工程师肯定可以是优秀的
开发工程师。开发工程师。开发工程师。开发工程师。
2010-6-4 Olica 102
测试效果评估
5555、遗留问题处理、遗留问题处理、遗留问题处理、遗留问题处理
� 遗留问题是指测试过程中发生的并且在测试报告时仍没有得到解
决的测试问题。测试报告时已经得到解决，并已经过回归验证的测试
问题不记入其中。
� 遗留问题的划分需要非常谨慎，必须是长时间无法重现的问题，
或者由于某些特定的因素（成本等），且问题并不严重的才可以通过
流程中各环节人员的认可被列为遗留问题。
� 遗留问题需要定时跟踪清理，且对于一款产品需要制定一个遗留
问题的数量限制。
2010-6-4 Olica 103
测试效果评估
遗留问题处理遗留问题处理遗留问题处理遗留问题处理
� 即使是遗留问题也要明确跟踪的责任人
� 遗留问题是可以在后续被重新激活的，一旦问题重现或者条件允
许，需要重新激活解决
2010-6-4 Olica 104
测试效果评估
6666、市场规模应用跟踪、市场规模应用跟踪、市场规模应用跟踪、市场规模应用跟踪
产品推向市场后需要持续跟踪产品的质量问题，并建立相应的流
程，所有在市场上出现的问题必须有专人跟踪，并对照测试报告，以
确定是否是试验室出现过的问题，分清问题种类：器件品质问题、遗
留问题、发现但未解决问题、未发现问题。并明确原因，对于各类问
题要明确责任人，尽量避免实验室漏测，并同相关人员的绩效考核建
立关系。
2010-6-4 Olica 105
测试效果评估
7777、测试覆盖率统计、测试覆盖率统计、测试覆盖率统计、测试覆盖率统计
� 根据信号统计
操作简单，易于统计，但是往往数值不准确，同实际数值偏差较大，
不推荐作为主要的统计方法
� 根据器件统计
操作较为简单，原理科学，同实际情况最为接近，是常用的统计方法。
2010-6-4 Olica 106
测试效果评估
8888、产品故障率统计、产品故障率统计、产品故障率统计、产品故障率统计
产品的故障率是产品质量的直接反映，同采购、研发、测试、生
产等环节都有密切关系。所以需要建立完善的故障统计流程，和相应
的数据库。将产品在实验室、生产加工和市场应用中的各类问题进行
统计，并规类，发现产品设计或生产中的薄弱环节，作为经验积累，
避免问题的再次出现。
吃一堑，长一智，才能不断提高
吃一堑，长一智，才能不断提高
吃一堑，长一智，才能不断提高
吃一堑，长一智，才能不断提高
2010-6-4 Olica 107
课程大纲
�硬件测试概述硬件测试概述硬件测试概述硬件测试概述
�测试前准备测试前准备测试前准备测试前准备
�硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作
�硬件测试的级别硬件测试的级别硬件测试的级别硬件测试的级别
�可靠性测试可靠性测试可靠性测试可靠性测试
�测试问题解决测试问题解决测试问题解决测试问题解决
�测试效果评估测试效果评估测试效果评估测试效果评估
�测试规范制定测试规范制定测试规范制定测试规范制定
�测试人员的培养测试人员的培养测试人员的培养测试人员的培养
2010-6-4 Olica 108
测试规范制定
1111、人员的规范、人员的规范、人员的规范、人员的规范
要有一个职业化的观念，要有意识地把自己培养为职业工程师。
� 测试过程的记录
� 测试经验的总结
� 测试规范和测试案例的应用
� 测试用例的应用与设计
2010-6-4 Olica 109
测试规范制定
人员的规范必要性人员的规范必要性人员的规范必要性人员的规范必要性
我们在总结中发现有较多的从市场上反馈回来的问题是我们曾经在实
验室发现过的，但为什么当时没有很好的注意呢？原因只有一个：对
问题不敏感。
当我们测试某项目时间较长后，对我们测试的对象非常熟悉，对有些
偶尔出现一下的问题认为是理所当然，缺乏了敏感性。但当产品推向
市场后，这些偶然出现的问题会大面积暴露出来，将会严重影响产品
的声誉。
对测试问题敏感是测试人员的必备素质。对测试问题敏感是测试人员的必备素质。对测试问题敏感是测试人员的必备素质。对测试问题敏感是测试人员的必备素质。
2010-6-4 Olica 110
测试规范制定
2222、建立测试规范的必要性、建立测试规范的必要性、建立测试规范的必要性、建立测试规范的必要性
测试更多的是动手的过程，测试工程师的水平参差不齐，如何保
证测试质量就需要用制度和规范管理，各个测试环节均需要有流程和
规范进行约束。各个阶段的输入、输出文档均必须有相应的模板。
没有规矩，不成方圆没有规矩，不成方圆没有规矩，不成方圆没有规矩，不成方圆
2010-6-4 Olica 111
测试规范制定
3333、需要建立哪些测试规范和模板、需要建立哪些测试规范和模板、需要建立哪些测试规范和模板、需要建立哪些测试规范和模板
《测试计划模板》
《测试用例模板》
《测试报告模板》
《设计审查报告模板》
《正规检视报告报告模板》
《信号质量和时序测试规范》
……
2010-6-4 Olica 112
测试规范制定
4444、测试规范的制定方法、测试规范的制定方法、测试规范的制定方法、测试规范的制定方法
测试需要——人员制定分工——初稿完成——专家评
审——修改完善——最初版本——规范试运行——问题缺
陷整理——修改——正式版本——发行推广
2010-6-4 Olica 113
课程大纲
�硬件测试概述硬件测试概述硬件测试概述硬件测试概述
�测试前准备测试前准备测试前准备测试前准备
�硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作硬件测试的种类与操作
�硬件测试的级别硬件测试的级别硬件测试的级别硬件测试的级别
�可靠性测试可靠性测试可靠性测试可靠性测试
�测试问题解决测试问题解决测试问题解决测试问题解决
�测试效果评估测试效果评估测试效果评估测试效果评估
�硬件测试参考的通信技术标准硬件测试参考的通信技术标准硬件测试参考的通信技术标准硬件测试参考的通信技术标准
�测试规范制定测试规范制定测试规范制定测试规范制定
�测试人员的培养测试人员的培养测试人员的培养测试人员的培养
2010-6-4 Olica 114
测试人员的培养
1111、产品质量的主体责任人、产品质量的主体责任人、产品质量的主体责任人、产品质量的主体责任人
� 测试工程师需要在全流程中构建产品的品质，是产品质量工作的直
接参与者。
� 经过测试工程师认可的产品应能够经受起后续的试制，生产，工程
安装一直到最终用户使用的所有环节的考验。
� 硬件测试的后续测试（包括单板软件测试、高层软件测试、系统集
成测试等）都建立在稳定的单板硬件基础上，因此硬件的最先稳定对
整个产品很重要，硬件测试工程师的责任很重大。
2010-6-4 Olica 115
测试人员的培养
2222、测试人员的目标和职责、测试人员的目标和职责、测试人员的目标和职责、测试人员的目标和职责
2010-6-4 Olica 116
测试人员的培养
测试人员的目标和职责（续）测试人员的目标和职责（续）测试人员的目标和职责（续）测试人员的目标和职责（续）
专业化是深入测试的前提
硬件测试专业化是硬件技术高速发展的必然结果，软件也是如此，专
业的另一含义是理解深刻、技术熟练，要达到专业需深入理解对象的
原理、标准、规范，并在实践中积累较多的经验。测试工程师要使测
试工作专业化，需努力使自己成为某一部分测试领域的专家。
2010-6-4 Olica 117
测试人员的培养
3333、测试人员需要的通用技能（、测试人员需要的通用技能（、测试人员需要的通用技能（、测试人员需要的通用技能（1111））））
� 专业的产品背景知识
� 丰富的测试技能
� 熟练掌握各种测试仪器
2010-6-4 Olica 118
测试人员的培养
测试人员需要的通用技能（测试人员需要的通用技能（测试人员需要的通用技能（测试人员需要的通用技能（2222））））
� 思维方式，即如何开展测试活动以达到测试的目的；
� 良好的思维方式和工作方式可以达到事半功倍的效果；
� 协调能力，沟通能力，表达能力；
� 高效的学习能力，分析总结能力；
� 公司流程的了解。
2010-6-4 Olica 119
测试人员的培养
4444、测试人员的心态、测试人员的心态、测试人员的心态、测试人员的心态
� 怀疑、否定、批判的态度，吹毛求茨的心理（发现问题）；打破沙
锅问到底的决心（定位解决问题）
� 错误的客观存在性
� 任何人（再有经验的开发人员）都存在思维的死角。
� 尊重开发人员的观点（包括设计），但不要迷信。
� 敢于否定权威（有经验的开发人员，规范，标准电路）
� 寻根问底的决心
2010-6-4 Olica 120
测试人员的培养
5555、测试人员的等级认证、测试人员的等级认证、测试人员的等级认证、测试人员的等级认证
� 初级（助理）工程师
� 工程师
�主管工程师
�资深工程师
� 副主任工程师
� 主任工程师
视公司具体的规模和情况而定
2010-6-4 Olica 121
信号完整性分析方法
2010-6-4 Olica 122
课程大纲
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�信号产生基本原理信号产生基本原理信号产生基本原理信号产生基本原理
�信号质量测试方法信号质量测试方法信号质量测试方法信号质量测试方法
�信号时序测试方法信号时序测试方法信号时序测试方法信号时序测试方法
�示波器基础知识示波器基础知识示波器基础知识示波器基础知识
�常见的常见的常见的常见的SISISISI问题问题问题问题
�SISISISI分析分析分析分析
�信号完整性分析实例信号完整性分析实例信号完整性分析实例信号完整性分析实例
�电子设计中的电子设计中的电子设计中的电子设计中的SISISISI问题问题问题问题
�建模与仿真建模与仿真建模与仿真建模与仿真
�信号完整性的仿真例子信号完整性的仿真例子信号完整性的仿真例子信号完整性的仿真例子
2010-6-4 Olica 123
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� 信号时序测试方法信号时序测试方法信号时序测试方法信号时序测试方法
� 示波器基础知识示波器基础知识示波器基础知识示波器基础知识
� 常见的常见的常见的常见的SISISISI问题问题问题问题
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� 电子设计中的电子设计中的电子设计中的电子设计中的SISISISI问题问题问题问题
� 建模与仿真建模与仿真建模与仿真建模与仿真
� 信号完整性的仿真例子信号完整性的仿真例子信号完整性的仿真例子信号完整性的仿真例子
2010-6-4 Olica 124
SISISISI简介简介简介简介
• SI的重要性
随着高频数字电路的不断发展，SISISISI问题变得越来越引
人注目，数字电路的频率越高，出现SISISISI问题的可能性
就越大，对设计工程师来说，他的挑战也就越大。很
多SISISISI问题实际上都是自然界中的电磁现象，所以SISISISI问
题跟EMI/EMCEMI/EMCEMI/EMCEMI/EMC是息息相关的。
2010-6-4 Olica 125
SISISISI简介简介简介简介
• 学习SI的目的
a.什么是典型的信号完整性问题？
b.这些问题来自哪里？
c.为什么有必要去理解SI问题？
d.如何去分析和解决SI问题？
e.如何去做SI测试？
2010-6-4 Olica 126
SISISISI简介简介简介简介
• SI的内容
信号完整性它包含两方面的内容，一是
独立信号的质量，另一个是时序。我们
在电子设计的过程中不得不考虑两个问
题：信号有没有按时到达目的地？信号
达到目的地后它的质量如何？所以我们
做信号完整性分析的目的就是确认高频
数字传输的可靠性。
2010-6-4 Olica 127
SISISISI简介简介简介简介
• 理想逻辑电压波形
在数字系统中，信号以逻辑‘‘‘‘0000’’’’或者‘‘‘‘1111’’’’的方式
从一个器件传输到另外一个器件，信号到底是
‘‘‘‘0000’’’’还是‘‘‘‘1111’’’’一般来说它们都是有一个参考电平的。
在接收端的输入门里面，如果信号的电压超过
高电平参考电压VihVihVihVih，则该信号被识别为高逻
辑；如果信号的电压低于低电平的参考电压
VilVilVilVil，则该信号就被识别为低逻辑。我们下面这
个图就是一个理想的信号。
2010-6-4 Olica 128
SISISISI简介简介简介简介
• 理想逻辑电压波形
2010-6-4 Olica 129
SISISISI简介简介简介简介
• 接收端的实际波形
2010-6-4 Olica 130
SISISISI简介简介简介简介
• 数据采样及时序例子
数据越是复杂，里面就包含很多的二进
制码，这些二进制码将组成一连串的波
形，而不是简单的一个方波。接收端的
器件就需要采样这些波形以便获取相关
的二进制信息。数字采样的过程通常是
通过时钟信号的上升沿或者下降沿来触
发的，我们下面这个图就是个简单的例
子。
2010-6-4 Olica 131
SISISISI简介简介简介简介
• 数据采样及时序例子
2010-6-4 Olica 132
SISISISI简介简介简介简介
• 数据采样及时序例子
从这个图里面我们可以清楚地看到数据
必须准时到达逻辑门而且在接收端期间
开始锁存前必须确定它们的逻辑状态。
任何数据的延迟或者失真都会导致数据
传输的失败。失败有两种可能：一个是
因为接收端根本就无法识别数据；另一
个是接收端虽然识别了数据，但数据因
为失真而导致错误。
2010-6-4 Olica 133
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� 信号完整性的仿真例子信号完整性的仿真例子信号完整性的仿真例子信号完整性的仿真例子
2010-6-4 Olica 134
信号波形
联想蓝 黑色 中灰
绿色 Think红
2010-6-4 Olica 135
方波的组成
联想蓝 黑色 中灰
绿色 Think红
2010-6-4 Olica 136
晶振原理
• 石英振荡器结构
2010-6-4 Olica 137
压电效应
• 若在石英晶体的两个电极上加一电场，晶片就会产生
机械变形。反之，若在晶片的两侧施加机械压力，则
在晶片相应的方向上将产生电场，这种物理现象称为
压电效应。如果在晶片的两极上加交变电压，晶片就
会产生机械振动，同时晶片的机械振动又会产生交变
电场。在一般情况下，晶片机械振动的振幅和交变电
场的振幅非常微小，但当外加交变电压的频率为某一
特定值时，振幅明显加大，比其他频率下的振幅大得
多，这种现象称为压电谐振，它与LC回路的谐振现象
十分相似。它的谐振频率与晶片的切割方式、几何形
状、尺寸等有关。
2010-6-4 Olica 138
晶振符号和等效电路
2010-6-4 Olica 139
谐振频率
• 从石英晶体谐振器的等效电路可知，它有两个谐振频率，即（1）
当L、C、R支路发生串联谐振时，它的等效阻抗最小（等于R）。
串联揩振频率用fs表示，石英晶体对于串联揩振频率fs呈纯阻
性，（2）当频率高于fs时L、C、R支路呈感性，可与电容C。发
生并联谐振，其并联频率用fd表示。
根据石英晶体的等效电路，可定性画出它的电抗—频率特性
曲线如上图所示。可见当频率低于串联谐振频率fs或者频率高于
并联揩振频率fd时，石英晶体呈容性。仅在fs＜f＜fd极窄的范
围内，石英晶体呈感性。
2010-6-4 Olica 140
石英晶体振荡器的类型特点
• 国际电工委员会（IEC）将石英晶体振荡器分为4类：
普通晶体振荡（TCXO），电压控制式晶体振荡器
（VCXO），温度补偿式晶体振荡（TCXO），恒温控
制式晶体振荡（OCXO）。目前发展中的还有数字补偿
式晶体损振荡（DCXO）等。
2010-6-4 Olica 141
普通晶体振荡器
• 普通晶体振荡器（SPXO）可产生10^(-
5)～10^(-4)量级的频率精度，标准频
率1—100MHZ，频率稳定度是±100ppm。
SPXO没有采用任何温度频率补偿措施，
价格低廉，通常用作微处理器的时钟器
件。封装尺寸范围从21×14×6mm及
5××。
2010-6-4 Olica 142
电压控制式晶体振荡器
• 电压控制式晶体振荡器（VCXO）的精度是
10^(-6)～10^(-5)量级，频率范围
1~30MHz。低容差振荡器的频率稳定度是
±50ppm。通常用于锁相环路。封装尺寸
14×10×3mm。
2010-6-4 Olica 143
温度补偿式晶体振荡器
• 温度补偿式晶体振荡器（TCXO）采用温度敏
感器件进行温度频率补偿，频率精度达到
10^(-7)～10^(-6)量级，频率范围
1—60MHz，频率稳定度为±1～±，封
装尺寸从30×30×15mm至
××。通常用于手持电话、蜂
窝电话、双向无线通信设备等。
2010-6-4 Olica 144
恒温控制式晶体振荡器
• 恒温控制式晶体振荡器（OCXO）将晶
体和振荡电路置于恒温箱中，以消除环
境温度变化对频率的影响。OCXO频率精
度是10^(-10)至10^(-8)量级，对某
些特殊应用甚至达到更高。频率稳定度
在四种类型振荡器中最高。
2010-6-4 Olica 145
晶体振荡器的参数
• 晶振的主要参数有标称频率，负载电容、频率
精度、频率稳定度等。
• 不同的晶振标称频率不同，标称频率大都标明
在晶振外壳上。如常用普通晶振标称频率有：
48kHz、500 kHz、 kHz、1MHz～
MHz等，对于特殊要求的晶振频率可
达到1000 MHz以上，也有的没有标称频率，
如CRB、ZTB、Ja等系列。
2010-6-4 Olica 146
晶振的负载电容
• 负载电容是指晶振的两条引线连接IC块内部及
外部所有有效电容之和，可看作晶振片在电路
中串接电容。负载频率不同决定振荡器的振荡
频率不同。标称频率相同的晶振，负载电容不
一定相同。因为石英晶体振荡器有两个谐振频
率，一个是串联揩振晶振的低负载电容晶振：
另一个为并联揩振晶振的高负载电容晶振。所
以，标称频率相同的晶振互换时还必须要求负
载电容一至，不能冒然互换，否则会造成电器
工作不正常。
2010-6-4 Olica 147
频率精度和频率稳定度
• 频率精度和频率稳定度：由于普通晶振的性能
基本都能达到一般电器的要求，对于高档设备
还需要有一定的频率精度和频率稳定度。频率
精度从10^(-4)量级到10^(-10)量级不等。
稳定度从±1到±100ppm不等。这要根据具体
的设备需要而选择合适的晶振，如通信网络，
无线数据传输等系统就需要更高要求的石英晶
体振荡器。因此，晶振的参数决定了晶振的品
质和性能。
2010-6-4 Olica 148
时钟芯片的架构
联想蓝 黑色 中灰
绿色 Think红
2010-6-4 Olica 149
PLL基本原理
2010-6-4 Olica 150
PLL频率合成器
• PLL频率合成器是由程序分频器、 鉴相器及压
控振荡器三大部分组成, 从晶振束的100KHz
标准信号经100 分频后得1KHz的基准频率fR,
压控振荡频率f1通过程序分频得到频率fM,fM
和fR同时加到鉴相器进行比较。只有当fR和fM
完全同频同相时,环路平衡被锁定,即fR=fM。可
见, 当环路锁定时,压控振荡器的输出频率完全
决定于程序分频器的分频比,即 f1= M·fR ,只要
改变分频比M,便可使f1改变,从而得到所需的各
个频率点。
2010-6-4 Olica 151
可编程频率合成器
• 特点：其频率分辨率,频率准确
度可控制到4×10e9分之一, 噪音电平-
70dB以下,谐波失真衰减≥55dB,先进的
CMOS工艺不仅使其性能一流,而且功耗
小,在 供电时, 仅为155mW
2010-6-4 Olica 152
可编程频率合成器原理框图
2010-6-4 Olica 153
工作原理
• 正弦查询表是一个可编程存储器(PROM),存有一个或多
个完整周期的正弦波数据,在时钟fc的驱动下,地址计
数器逐步经过PROM,地址中相应的数字信号输入到N位
数模转换器(DAC)的输入端，DAC输出模拟信号, 经低
通滤波器(LPF),可得到一个频谱纯净的正弦波。
• 系统的核心是相位累加器,它由一个加法器和一个N位
相位寄存器组成,一般为24～32位,每束一个时钟fc相位
寄存器以步长M增加。相位寄存器的输出与相位控制
字相加,然后输入到正弦查询表地址上, 正弦查询表包含
一个周期正弦波的数字幅度信息,每个地址对应正弦波
中0度～360度范围的一个相位点。 查询表把输入的地
址相位信息映射成正弦波幅度信号,驱动DAC输出模拟
量。
2010-6-4 Olica 154
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� 信号质量测试方法信号质量测试方法信号质量测试方法信号质量测试方法
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� 信号完整性的仿真例子信号完整性的仿真例子信号完整性的仿真例子信号完整性的仿真例子
2010-6-4 Olica 155
衡量信号品质的参数
• 信号质量的参数::::振幅参数，时间参数，眼图参数等。
振幅参数包括：振幅，高电平，低电平，均方根
值，单个周期的均方根值，最大值，最小值，峰峰
值，平均值，单个周期平均值，正过冲，负过冲，正
欠冲，负欠冲等；
时间参数包括：上升时间，下降时间，正占空比，
负占空比，高电平宽度，低电平宽度，周期，频率，
延迟等；
眼图参数包括：眼高，眼宽，眼图最高点，眼图最
低点，交叉点等；
2010-6-4 Olica 156
振幅的定义及测试方法
• 振幅是指被测波形的振动幅度，即高电平与低电平的
差值，其单位为V或者mV；
2010-6-4 Olica 157
高电平的定义及测试方法
• 高电平是指信号逻辑“1”所在位置的幅度，其单位通常
为V和mV。
2010-6-4 Olica 158
低电平的定义及测试方法
• 低电平是指信号逻辑“0”所在位置的幅度，其单位通常
为V和mV。
2010-6-4 Olica 159
均方根值的定义及测试方法
• 均方根值是指整个捕获波形上所有点幅度的均方根
值，其单位为V或者mv；
2010-6-4 Olica 160
周期均方根值的定义及测试方法
• 周期均方根值是指整个捕获波形上指定一个周期内所有点幅度的均方根
值，其单位为V或者mV；
2010-6-4 Olica 161
最大值的定义及测试方法
• 最大值是指所捕获波形里面振幅最大点所处位置的电压值，单位
为V或者mV；
2010-6-4 Olica 162
最小值的定义及测试方法
• 最小值是指所捕获波形里面振幅最小点所处位置的电压值，单位
为V或者mV；
2010-6-4 Olica 163
峰峰值的定义及测试方法
• 峰峰值是指最大值和最小值相减的绝对值，单位为V或mV；
2010-6-4 Olica 164
平均值的定义及测试方法
• 平均值是指所捕获波形里面所有点幅度的平均值；
2010-6-4 Olica 165
周期平均值的定义及测试方法
• 周期平均值是指所捕获波形里面所指定一个周期里所有点幅度的
平均值；
2010-6-4 Olica 166
正过冲的定义及测试方法
• 正过冲是指高电平处的过冲值，单位为V或mV或者用百分比表
示；
2010-6-4 Olica 167
负过冲的定义及测试方法
• 负过冲是指低电平处的过冲值，单位为V或mV或者用百分比表
示；
2010-6-4 Olica 168
正欠冲的定义及测试方法
• 正欠冲是指高电平处的欠冲值，单位为V或mV或者用百分比表
示；
2010-6-4 Olica 169
负欠冲的定义及测试方法
• 负欠冲是指低电平处的欠冲值，单位为V或mV或者用百分比表
示；
2010-6-4 Olica 170
时间参数的定义及测试方法
• 时间参数包括：上升时间，下降时间，
正占空比，负占空比，高电平宽度，低
电平宽度，周期，频率，延迟
2010-6-4 Olica 171
上升时间的定义及测试方法
• 上升时间是指信号从逻辑‘0’跳变到逻辑‘1’时所花费的时间；
• 低频信号的上升时间测量
2010-6-4 Olica 172
上升时间的定义及测试方法
• 上升时间是指信号从逻辑‘0’跳变到逻辑‘1’时所花费的时间；
高频信号的上升时间测量
2010-6-4 Olica 173
下降时间的定义及测试方法
• 下降时间是指信号从逻辑‘1’跳变到逻辑‘0’时所花费的时间；
低频信号的下降时间测量
2010-6-4 Olica 174
下降时间的定义及测试方法
• 下降时间是指信号从逻辑‘1’跳变到逻辑‘0’时所花费的时间；
高频信号的下降时间测量
2010-6-4 Olica 175
正占空比的定义及测试方法
• 正占空比是指信号的高电平保持时间占真个周期时间的比例；
2010-6-4 Olica 176
负占空比的定义及测试方法
• 负占空比是指信号的低电平保持时间占真个周期时间的比例；
2010-6-4 Olica 177
高电平保持时间的定义及测试方法
• 高电平保持时间是指信号从低到高跳变完成后信号持续的时间
2010-6-4 Olica 178
低电平保持时间的定义及测试方法
• 低电平保持时间是指信号从高到低跳变完成后信号持续的时间
2010-6-4 Olica 179
周期的定义及测试方法
• 周期是指有固定周期信号连续完成逻辑0和逻辑1跳变所需时间；
2010-6-4 Olica 180
频率的定义及测试方法
• 频率是指周期信号在一秒内完成周期跳变的次数；
2010-6-4 Olica 181
延迟的定义及测试方法
• 延迟是指两个相关信号之间的相位差；
2010-6-4 Olica 182
眼图参数的定义及测试方法
• 时间参数包括：眼图高电平值，眼图低
电平值，眼图最大值，眼图最小值，眼
图交叉点位置等。
2010-6-4 Olica 183
眼图高电平值的定义及测试方法
• 眼图高电平值是指眼图高电平累积部分最低点的值；
2010-6-4 Olica 184
眼图低电平值的定义及测试方法
• 眼图低电平值是指眼图低电平累积部分最高点的值；
2010-6-4 Olica 185
眼图最大值的定义及测试方法
• 眼图最大值是指眼图高电平处最高电平所在位置的值；
2010-6-4 Olica 186
眼图最小值的定义及测试方法
• 眼图最小值是指眼图低电平处最低电平所在电压值；
2010-6-4 Olica 187
眼图交叉点的定义及测试方法
• 眼图交叉点是指眼图中的差分信号的上升沿和下降沿的交叉点；
2010-6-4 Olica 188
眼图交叉点的定义及测试方法
• 眼图交叉点是指眼图中的差分信号的上升沿和下降沿的交叉点；
2010-6-4 Olica 189
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� 信号产生基本原理信号产生基本原理信号产生基本原理信号产生基本原理
� 信号质量测试方法信号质量测试方法信号质量测试方法信号质量测试方法
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� 建模与仿真建模与仿真建模与仿真建模与仿真
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2010-6-4 Olica 190
衡量时序的参数
• 衡量时序的参数主要有四个：建立时间，保持时间，传输延迟，
相位偏移。
• 时序在信号完整性领域是个非常重要的内容，因为逻辑器件在通
信的时候所传送的数据至少要满足以下条件：
1.数据按时到达逻辑器件；
2.代表数据的波形的质量是符合要求的；
3.信号里面的所有数据都必须同时满足建立时间和保持时间
数据是否按时到达逻辑器件就跟时序里面的相位偏移和传输延迟
有关系，当数据波形的质量有问题时通常会直接影响到信号的建
立时间或者保持时间。因此任何模块的通信信号都必须在保证信
号质量的基础上再保证时序的恰倒好处。
2010-6-4 Olica 191
建立时间的定义和测量方法
• 建立时间是指数据在被采样时钟采样前已经建立起来的时间。
2010-6-4 Olica 192
保持时间的定义和测量方法
• 保持时间是指数据在被采样时钟采样后还要继续保持的时间。
2010-6-4 Olica 193
传输延迟的定义和测量方法
• 传输延迟是指信号从源端出来传输到接收端的过程中在传输线上
所花费的时间；
2010-6-4 Olica 194
相位偏移的定义和测量方法
• 相位偏移是指同步信号之间的实际相位差异；
2010-6-4 Olica 195
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2010-6-4 Olica 196
带宽和采样率
• 带宽是指示波器垂直放大器的频率响应
定义为: 信号幅度下降3db.在此频点为示波器的带
宽在3db的带宽频率,信号垂直幅度的误差大约为30%.
BW=
• 采样率是用来衡量示波器采样速度的参数，指示波器
在一秒内可以捕获样品的数量，单位是S/S（样点/秒）
例如某示波器的采样率为20GS/S，是指该示波器在一
秒内最多可以采集20G个样点。
2010-6-4 Olica 197
采样间隔、采样时间和记录长度
• 示波器所采集的两个相临样点之间的间隔叫采样间
隔，它的单位为时间s（ms，us，ns，ps）。采样距离
是可以调节的，不同示波器的最大采样间隔和最小采
样间隔通常是不一样的；
• 采样时间是指示波器所采样的显示波形里面的第一个
样点到最后一个样点之间的时间间隔，它的单位是s
（ms，us，ns，ps）；
• 记录长度是指在采样时间里所捕获样品的数量，单位
是个；
2010-6-4 Olica 198
采样距离、采样时间和记录长度
• 它们之间的关系公式：
采样间隔=分辨率=1/采样率
采样时间=采样间隔 * 记录长度
最大记录长度=采样时间/最小采样间隔
=采样时间*最大采样率
2010-6-4 Olica 199
示波器的采样模式
• 示波器的采样模式有实时采样和等效采样两种。
• 实时采样是指示波器根据实际采样率，在每个采样波形的上升沿
都数字化一个样点作为波形记录点。
• 等效采样是当系统对采样率的要求很高时，示波器会根据循环采
样来满足系统的要求。例如当采样率的要求是最大采样率的N倍
时，则示波器会分N个循环来进行采样。
2010-6-4 Olica 200
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2010-6-4 Olica 201
常见的SISISISI问题
• 在高频系统中时序的重要性
• 信号质量将直接影响到时序
• 最常见的三种信号问题：
a.反射
b.串扰
c.电源/地 噪音
2010-6-4 Olica 202
常见的SISISISI问题
• 反射产生原因
a.阻抗失配
b.桩线
c.过孔
d.其它连接的不连续性等
2010-6-4 Olica 203
常见的SISISISI问题
• 串扰产生的原因
a.传输线之间的耦合
b.过孔之间的耦合
c.传输线与平面之间的耦合
d.两个平面之间的耦合
2010-6-4 Olica 204
常见的SISISISI问题
• 电源/地 噪音产生的原因
----simultaneous switching output
驱动同步输出对电源或者地的寄生效应
又称做对地反弹.
---- simultaneous switching noise
同步开关噪音或电流变化噪音
2010-6-4 Olica 205
常见的SISISISI问题
• 除此之外,还有两个问题会导致信号波形
的失真----EMC/EMI
----electromagnetic compatibility
电磁兼容
----electromagnetic interference
电磁干涉
2010-6-4 Olica 206
常见的SISISISI问题
• 信号完整性问题的影响
当信号完整性存在问题或者系统的噪音余度要
求没有达到满足的时候，输入信号在开关接收
端到达最小高电平前就或者到达最小低电平前
就开始变形，输入信号在静态接收端到达最高
低电平前就开始上升或者在到达最小高电平前
就开始下降，电源电压的波动也会扰乱锁存中
的数据，于是会导致逻辑错误，数据信号变
弱，开关错误，甚至导致系统失效。
2010-6-4 Olica 207
常见的SISISISI问题
• 产生SI 问题的地方
典型数字系统环境流程:
硅片驱动�引线接合器�芯片封装�芯片
封装焊接点�PCB�另一个系统器件
2010-6-4 Olica 208
常见的SISISISI问题
• 产生SI 问题的地方
源终端，传输过程，接收端。我们最关注的是
信号在传输过程中的完整性。
电子工艺的趋向是不断加快芯片运行的速度以
及不断提高芯片的集成度从而将芯片的性能推
向极限。目前个人电脑中的最快时钟频率已经
达到GHzGHzGHzGHz的范围，它的上升时间已经小于
200200200200pspspsps，目前看来数字信号的最快频率可以达
到10101010GHzGHzGHzGHz。随着制造工艺的不断发展，逻辑门
的长度从20202020世纪60606060年代的50505050usususus发展到21212121世纪初
的，目前的流行工艺是，成熟工
艺可以做到和65656565nsnsnsns。
2010-6-4 Olica 209
常见的SISISISI问题
• 产生SI 问题的地方
芯片的时钟频率几乎每过18181818个月就翻一翻；逻
辑门的固有延迟已经减小到几十个pspspsps，但是封
装设计技术还非常落后，就当前的工艺来说，
封装上的连接延迟直接支配着系统时序余度也
成为高频系统设计领域的瓶颈。所以目前我们
公认的说法是：封装的性能成为整个系统性能
的最主要制约因素之一。
2010-6-4 Olica 210
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� 信号完整性的仿真例子信号完整性的仿真例子信号完整性的仿真例子信号完整性的仿真例子
2010-6-4 Olica 211
SISISISI分析
• 在设计流程中的SI分析
a.经过SI分析与认证的电子产品可提高其
稳定性,可靠性和兼容性;
b.在布线布局阶段没有经过SI分析指导的
原形将无法出台;
c.在布局完成后没有经过SI认证的电子产
品在市场上可能没有竞争力.
2010-6-4 Olica 212
SISISISI分析
2010-6-4 Olica 213
SISISISI分析
• 布线布局前期分析
a.根据系统的需求进行比较分析
c.如何分布时钟
d.芯片封装类型的选择
e.器件类型
2010-6-4 Olica 214
SISISISI分析
• 布线布局前期分析(续)
叠层结构
的分配
h.网络的拓扑结构
I.终端匹配策略
j.兼顾EMC/EMI,如何合理布局
2010-6-4 Olica 215
SISISISI分析
• 布线布局后期分析
a.根据SI设计指导方针验证模块设计的合
理性;
b.反射检查;
c.振铃检查;
d.串扰检查;
e.对地反弹检查.
2010-6-4 Olica 216
SISISISI分析
• 电子产品设计过程中SI工程师的重要性
a.过去电子设计工程师同时担任布线布局
工程师的角色,不存在信号工程师;
b.合理的电子设计团队:
2010-6-4 Olica 217
SISISISI分析
• SI分析的原则
a.数字系统可以抽象成三个层次的检查:
逻辑,电路理论,电磁领域;
b.逻辑层为三者中的最高层,在这里的SI
问题都很容易识别;
c.电磁领域为三者中的最低层,很多SI问
题都属于电磁领域,例如反射,串扰,对地反
弹等;
2010-6-4 Olica 218
SISISISI分析
• SI分析的原则(续)
d.从电磁的角度去理解SI问题的物理行为
对SI的分析将非常有帮助;
举例:多层叠层结构中的SI分析
2010-6-4 Olica 219
SISISISI分析
• SI分析的原则(续)
2010-6-4 Olica 220
SISISISI分析
• SI分析的原则(续)
多层叠层结构中的问题分析:
1.通过过孔a的开关电流产生电磁波;
2.电磁波在相邻金属平面之间传播;
3.两个金属层之间产生变化的感应电压;
4.电磁波到达另一个过孔时产生电流;
5.这些感应电流有会在金属平面间产生新
的电磁波;
2010-6-4 Olica 221
SISISISI分析
• SI分析的原则(续)
多层叠层结构中的问题分析:
6.电磁波达到芯片边沿后部分辐射到空气中,部
分将沿路返回;
7.当电磁波反射回来并且相互叠加的时候,共振
就产生了;
8.电磁波传播,反射,耦合以及共振是信号在跳
变过程中的典型现象.
2010-6-4 Olica 222
SISISISI分析
• SI分析的原则(续)
e.虽然在封装结构建模的过程中电磁分析
要比电路分析精确很多,但目前大多数内
部连接的建模都是基于电路理论,而且SI
是通过电路仿真来实现的.这是因为电磁
分析通常要比电路分析需要更多复杂的
运算法则和处理资源,而且电路分析通常
能在低频领域为SI提供很好的解决方案.
2010-6-4 Olica 223
SISISISI分析
• SI分析的原则(续)
f.通过仿真器来辅助SI分析;
g.在SI分析的时候连接通常被模拟成电路器
件,例如在PCB中的小段传输线就可模拟
成有限传导率的电阻;
h.利用集中电路模型法,通常把电压当成是
瞬间跳变的,而且常常忽略信号在两器件
间的传输时间;
2010-6-4 Olica 224
SISISISI分析
• SI分析的原则(续)
I.当信号的频率足够高到其传输时间不能忽略
的时候,我们就使用分布式电路模型来进行SI分
析,例如叠层R-L-C电路就可以用来做传输线的
模型;
j.如何判断用集总式电路模型还是分布式电路
模型?
简单的判断方法是:如果信号的上升时间相
当于或者小于信号的传输时间的时候就必须使
用分布式电路模型,否则就可以使用集总式电路
模型.
2010-6-4 Olica 225
SISISISI分析
• SI分析的原则(续)
例如:一段1inch的传输线在FR-4材质PCB中的
传输时间大概是200ps,对33M系统而言,它的信
号上升时间大概是3ns,这个时候传输线的延迟
是可以忽略的,所以我们可以使用集总电路模型
法;而对500M的系统而言,它的上升时间约为
200ps,这个时候传输线的延迟我们是不能忽略
的,所以我们必须使用分布式电路模型来分析.
2010-6-4 Olica 226
SISISISI分析
• SI分析的原则(续)
总结:随着高频电路的不断发展,快速上升时间
体现了芯片电路的分布状态.我们在信号完整性
分析过程中必须使用分布式电路模型来仿真传
输的延迟.然而在高频领域,单使用分布式电路
模型还是不够的,完整的电磁领域分析得通过解
麦克斯韦方程来得到解决.因为在高频领域连接
线不能简单地用电阻或者R-L-C电路就可以仿
真出来的,还涉及到传输线理论.
2010-6-4 Olica 227
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2010-6-4 Olica 228
信号完整性分析实例
• 反射原理
• 反射的计算
• 反射的消除
• 串扰产生的原理
• 如何消除串扰
2010-6-4 Olica 229
信号完整性分析实例
• 反射原理
信号源产生带有能量的信号,信号又通过有一定阻抗Z0
的传输线传到负载,尽管传输线在传送信号的过程中被
看作电阻,但它并不消耗能量,信号的能量只能通过负载
的阻抗吸收.从信号源到负载的最大能量传输要求负载
阻抗等于源阻抗,如果两者不匹配,从源出来的信号能量
部分被负载阻抗吸收,剩下的部分将反射回源阻抗,信号
源就只好做出相应的变化去补偿输出.因此,负载端的信
号波形就可以看作反射波与信号源输出的叠加.
2010-6-4 Olica 230
信号完整性分析实例
• 反射原理
反射波的大小又取决于线阻抗与负载阻抗的失配情况以及信
号源的跳变时间(transition time)与传输延迟时间(propagation delay)
的比率TR/TPD.阻抗的失配情况可以通过反射系数来衡量 ,TR与
TPD的关系有如下几中情况:
a. 如果跳变时间TR远大于传输延迟时间TPD,当信号反射回信号
源时,信号源的输出只改变了一点点,所以反射对信号就只引起小小
的扰动,在负载端表现为小小的过冲.
b.如果传输延迟时间足够大,以至于当反射信号反射回信号源时,信
号源的输出已经改变了许多,这时信号源就必须作出较大的变化去
补偿输出.对这个大的补偿输出负载又会反射新的变化 ,如此往返,
就会产生振铃(ringing)现象.
2010-6-4 Olica 231
信号完整性分析实例
• 反射的计算
当信号线的长度足够长时才被视为传输线,传输线
的反射信号的大小取决于传输线阻抗Z0与负载阻抗ZL
的差别.反射信号与原信号的比值称为反射系数Kr,它们
之间的关系公式为:
Kr=(Z Kr=(Z Kr=(Z Kr=(ZLLLL-Z-Z-Z-Z0000)/(Z)/(Z)/(Z)/(ZLLLL+Z+Z+Z+Z0000))))
从上面的公式可以看出: a.当传输线上的负载开路
时,相当于ZL趋于无穷大,代入公式可得Kr=1,即此时的
信号将全部反射回去;b.当负载短路时,相当于ZL=0,代入
上面的公式,可得Kr=-1.在这种状态下的信号也会完全
反射回去,只不过反射回去的信号方向跟前一种情况相
反,从本质上来说就是传输线为信号提供了一个无消耗
的回路.
2010-6-4 Olica 232
信号完整性分析实例
• 反射的计算
为了更好地理解反射的本质,下面举一个实例通过
计算来进行说明.
假设我们使用的驱动器的低电平输出特性为
(,24mA);负载为CMOS器件,其输入阻抗为ZL=100k
欧姆数量级;而传输线的阻抗的典型值是30---150欧姆,
为方便计算,这里取Z0=50欧姆.则
源输出阻抗:ZS=VOL/IOL=
负载端的反射系数:Kr=(100000-50)/(100000+50)=1;
源输出端的反射系数:Krs=(-50)/(+50)=;
2010-6-4 Olica 233
信号完整性分析实例
• 反射的计算
下面讨论计算源输出从高电平到低电平的变化过
程,也就是从变到的过程.
在源输出端得到的交流信号为:
V0=()*Z0/(Z0+ZS)=()*50/(50+)=;
信号源的交流信号为:VS1==
当V0到达负载时,发生完全发射,这是第一次反射,反射信
号的大小为VR1=.因负载端原来的电压为,加
上到达的V0()和反射信号(),负载端的电压
变为:
VL1==
2010-6-4 Olica 234
信号完整性分析实例
• 反射的计算
反射信号返回输出端时也发生反射,这时的反射系数是,
反射信号的大小为:
V V V VR2R2R2R2=V=V=V=VR1R1R1R1****KKKKRSRSRSRS====****====
这时输出端的交流信号为：
VVVVS2S2S2S2=+==+==+==+=
第二次反射信号又返回到负载端,这时负载端的电压为:
V V V VL2L2L2L2=++==++==++==++=
用同样的方法可以算得::::
V V V VL3L3L3L3=;V=;V=;V=;VL4L4L4L4=;V=;V=;V=;VL5L5L5L5====…………
信号如此往返,每往返一次信号就减弱一些,只有当负载端电压降至
低于输入门限电压时,负载端才算得到了正确的传输信号.
2010-6-4 Olica 235
信号完整性分析实例
• 反射的消除
(1) 从电路设计的角度来消除反射
要消除反射,就要使KR=0,即Z0=ZL.从电路设计的角度来说,
我们通常利用端接的方法来达到消除反射的目的.就端接
来说,也有好几种方法,下面分别进行描述.
a并联端接
在负载端并联一个电阻来减小负载阻抗,使得ZL=Z0,这种
方法就叫做并联端接.
2010-6-4 Olica 236
信号完整性分析实例
• 反射的消除
由于输入阻抗往往都很高,因此我们通常用阻值为Z0
的电阻RT与ZL并联,使得并联后的阻值非常接近Z0,从而
达到消除反射的目的.但是,这种方法有个很大的缺点,就
是在高电平输出时RT消耗的电流太大.对于一个50欧姆
的端接,它将消耗多达48mA的电流,而大多数器件的高电
平输出电流都不超过5mA(通常为)!虽然把并联电
阻端接到VCC上会有一定的改善,因为器件的低电平吸
收电流通常都高于高电平时的吸收电流,但大多数器件在
低电平输出时的吸收电流都在24mA以下,如此可见上述
方法依然不能很好地解决问题,应该慎用.
2010-6-4 Olica 237
信号完整性分析实例
• 反射的消除
再介绍一种比较可取的并联端接方法,电路如下图所
示:
从图中可以看出,它是用一个串联的RC网络作并联端接,其
中RT=Z0,电容CT的值可为100pF,确切的值并不重要,在这
里它只是起通高频阻低频的作用.这样对于输出驱动来说
就不存在直流负载了.这中端接方法又称为交流并联端接,
是最常用的并联端接方法.
2010-6-4 Olica 238
信号完整性分析实例
• 反射的消除
b. 串联端接
上面在负载端的并联端接是为了消除第一次反射,我们还可
以在输出端串联一个电阻,用来消除第二次反射.具体做
法是在源端串联一个电阻,使得这个电阻的值和源阻抗之
和恰好等于传输阻抗,即RT+ZS=Z0.使用这种方法,我们就
可以利用第一次反射来达到信号完全传输到负载端的目
的.原因很简单,假设负载需要一个3v的电压,源会给出一
个3v的电压,但由于(RT+ZS)和Z0的分压作用,实际的输出
电压应该为,当该电压到达负载的时候,通过第一次全
反射,它就可以获得两个的电压,这正是它所需要的电
压,而反射回输出端的电压将被完全吸收,不存在第二次
反射,这个过程就相当于信号的完全传输.
2010-6-4 Olica 239
信号完整性分析实例
• 反射的消除
此外,我们还必须注意两个问题:
a. 因为端接不可能达到完全匹配,所以很有可能会产生
振铃,如果振铃的大小在可以容忍的范围内,就不会发生什
么问题,因为振铃有时会淹没在存储线的高电容性中;
b. 通常一个非常匹配的电阻是不可能,因为驱动器的高
电平输出阻抗和低电平输出阻抗是不一样的.这使得端接
电阻的选择变的很难,因为不可能有一个对于两种情况都
很理想的端接电阻,设计者们必须折衷选择.
2010-6-4 Olica 240
信号完整性分析实例
• 反射的消除
(2) 从布线的角度来减少反射
阻抗受控信号线是信号在电路板上传输的媒介 ,合适的端接将确保信号
的抗干扰性,但仍然有可能因为 布线不适当而引起较大的噪声.下面的
两种布线规则可以减少噪声和反射 .
避免传输线的阻抗不连续性.阻抗不连续点就是传输线突变的点,如
直拐角,过孔等,它将产生信号的反射,应尽可能避免.布线时应注意以下
几点:
a. 避免走线的直拐角,尽可能用45度角走线或弧线,以改善阻抗的不连
续性;
b. 尽可能少用过孔,因为每个过孔都是一个阻抗不连续点;
c. 外层的信号线避免通过内层,内层的信号线也避免跑到外层.因为内
层信号线属于带状线,而外层信号线属于微波线,而两种不同类型的传
输线的阻抗是不相同的.如果信号从外层走到内层或者从内层跑到外层
都会引起反射.
2010-6-4 Olica 241
信号完整性分析实例
• 串扰
(I) 串扰的分类和成因
串扰就是信号间不希望有的耦合,,,,串扰有容性串扰和感性串扰
两种,,,,在现实问题中感性串扰所占的比例要比容性串扰大得
多....
(1) 容性串扰
容性串扰就是信号线间的容性耦合,,,,当两条信号线在一定长
度上靠得比较近时就会发生....如下图所示的两根信号线,,,,分
别成为噪声源和噪声接收线....
2010-6-4 Olica 242
信号完整性分析实例
• 容性串扰
Vs=Is*Zs Vl=Il*Zl
2010-6-4 Olica 243
信号完整性分析实例
• 容性串扰
由于线间存在寄生电容,,,,噪声源上的噪声就会通过电流
注入的形式耦合到噪声接收线上....在传输线上,,,,对于电流来
说两边的阻抗都是Z0,Z0,Z0,Z0,它将向两边传输,,,,直到消耗在源和负
载上....由噪声产生的电压尖峰值是由阻抗ZZZZLLLL和ZZZZSSSS决定的,,,,如
果负载端没有端接的话,,,,产生的电压尖峰将非常大,,,,因此负
载端的端接可以大大减小器件输入端的电压噪声....
2010-6-4 Olica 244
信号完整性分析实例
• 容性串扰
如此可见的，当两根信号线靠得越近,,,,相互之间的容性串扰就越
大....所以我们可以通过增大信号线间的距离来减小或消除容性串扰 ,,,,但
由于板子的空间是有限的，我们不可能无限制地增大信号线间的距离
来抗容性串扰,,,,还有一个办法就是在两根信号线间加一条地线 ,,,,使得两
边的容性串扰都耦合到地线上去,,,,不过这条地线要求是很纯的,,,,为了更
好地接地,,,,这根地线必须每隔1/41/41/41/4波长的地方就接入到地层....这里的波长
指信号线上最高频率的波长....最高谐波频率通常认为是
FmaxFmaxFmaxFmax=1/(=1/(=1/(=1/(****TR),TR),TR),TR),而最高频率的波长为 入=1/=1/=1/=1/TPDTPDTPDTPD****1/1/1/1/Fmax Fmax Fmax Fmax
以
TR=,TPD=
TR=,TPD=
TR=,TPD=
TR=,TPD=
为例
:
:
:
:
最高谐波频率
:
:
:
:Fmax
Fmax
Fmax
Fmax=1/(
=1/(
=1/(
=1/(*
*
*
*)=255MHz
)=255MHz
)=255MHz
)=255MHz
相关波长
:
:
:
:
入
=1/(
=1/(
=1/(
=1/(
ns/ft)
ns/ft)
ns/ft)*
*
*
*1/255MHz
1/255MHz
1/255MHz
1/255MHz*
*
*
*12in/ft= in
12in/ft= in
12in/ft= in
12in/ft= in
入
/4=
/4=
/4=
/4= in
in
in
in
2010-6-4 Olica 245
信号完整性分析实例
• 感性串扰
(1)(1)(1)(1) 感性串扰
感性串扰可以看成是信号在一个不希望有的寄生变压器初次级之间的偶合....如果两相邻或
相近的信号线之间存在闭合的回路,,,,那么它们之间会引起感性串扰,,,,如下图所示::::
感性串扰的大小取决于两个环路靠近的程度和环路面积的大小以及被影响负载的阻抗....两
个信号环路靠得越近,,,,环路面积越大,,,,串扰也就越大....在负载端的感性串扰信号大小跟容性
串扰一样,,,,都随着负载阻抗的增大而增大....因此也可以通过在负载端并联电阻来减小感性
串扰....
2010-6-4 Olica 246
信号完整性分析实例
• 感性串扰
(II(II(II(II） 串扰的消除
综上所述综上所述综上所述综上所述,,,,可以消除串扰的方法总结如下可以消除串扰的方法总结如下可以消除串扰的方法总结如下可以消除串扰的方法总结如下::::
. 由于容性串扰和感性串扰的大小均随着负载阻抗的增大而增大,,,,所以应对
能引起串扰的信号线进行适当的端接;;;;
. 增大信号线之间的距离可以有效地减小容性串扰;;;;
. 在相邻信号线间插入一根地线也可以有效地减小容性串扰,,,,但这根地线必须
每隔四分之一波长就接入地层,,,,以保证地的纯度;;;;
. 对于感性串扰,,,,应尽量减少环路面积,,,,如果可能的话就消除这个环路;;;;
. 避免信号共用回路....
2010-6-4 Olica 247
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2010-6-4 Olica 248
设计中的SISISISI问题
• 上升时间和信号完整性
a.不久前,典型晶体管的上升时间只能达到ns级;
b.随着芯片制造工艺的巨大改进,硅元素的尺寸大
大缩短,晶体管结的长度已经小于微米,这些都
导致逻辑在高频下运行,于是信号的上升时间达
到了几百ps级别;
c.由于很多信号问题都直接跟dV/dt或者dI/dt相关,
更快的上升时间意味着各类噪音变得更为糟糕,
例如振铃,串扰,同步开关噪音等等;
2010-6-4 Olica 249
设计中的SISISISI问题
• 上升时间和信号完整性
d.具备高频时钟信号的系统意味着具有很小的上
升时间,它将面对更多的SI挑战;
e.就算在20M的系统中,依然有可能碰到在200M系
统中经常碰见的SI问题,因为低频时钟也可以做
到很快的上升时间.
2010-6-4 Olica 250
设计中的SISISISI问题
• 传输线,反射与串扰
a.在芯片封装或者印刷电路板中,任何有参考平
面的走线都可以定义为某中传输线;
b.传输线一共有四种:
微波线,带状线,差分线和放射状传输线
2010-6-4 Olica 251
设计中的SISISISI问题
• 传输线,反射与串扰
微波线----走在PCB表层的信号线;
2010-6-4 Olica 252
设计中的SISISISI问题
• 传输线,反射与串扰
带状线----走在两个金属平面之间的信号
线;
2010-6-4 Olica 253
设计中的SISISISI问题
差分线----始终于相同距离并行走的信号
线,通常用于高频串口模块;
放射状传输线----垂直于两个平行金属平
面的过孔;
2010-6-4 Olica 254
设计中的SISISISI问题
c.所有传输线都有自己的基本参数:
单位长度电阻,单位长度电感,单位长度
电导,单位长度电容,单位长度时间延迟,特
征阻抗等。
d.在信号分析的过程中,很多连接线都可
以被电气模型当作是传输线,因此在高频
设计中很有必要熟悉传输线的基本理论
以及传输线可能导致的影响.
2010-6-4 Olica 255
设计中的SISISISI问题
*反射
a.反射是传输线作用的明显结果
b.在高频系统中,反射将导致时间延迟,过
冲,欠冲,振铃等问题;
c.造成反射的最根本原因是传输线在传输
过程中的阻抗不连续;
1.当信号改变布线层的时候,它的阻抗
将变得不连续,信号将在不连续的边界上
发生反射;
2010-6-4 Olica 256
设计中的SISISISI问题
2.当信号线上打有过孔,信号线跨岛,信
号线上有桩线,走线过程中非常接近别的
信号线等都会导致信号线阻抗的不连续,
从而导致反射的产生;
3.当传输线到达接收端时,如果接收端
的负载跟传输线的特征阻抗不匹配,同样
会产生反射;
2010-6-4 Olica 257
设计中的SISISISI问题
d.如何减少和消除反射:
1.严格控制传输线的阻抗;
2.避免走桩线;
3.使用终端匹配;
4.信号线上尽可能少打过孔;
5.让信号线参考完整的地平面或者电
源平面;
6.布线的时候避免使用直角和锐角.
2010-6-4 Olica 258
设计中的SISISISI问题
• 串扰
a.产生的原因:
1.两相邻传输线间的电磁耦合;
2.传输线与相邻平面之间的电磁耦合;
3.两相邻平面之间的电磁耦合.
2010-6-4 Olica 259
设计中的SISISISI问题
• 串扰(续)
b.串扰的副作用:
1.强的串扰能导致信号的逻辑错误;
2.多路之间的同时开关引起的串扰会导致
时序的错误;
c.串扰的大小取决于信号的上升时间,相
邻传输线之间的间隔,相邻传输线之间平
行的长度;
2010-6-4 Olica 260
设计中的SISISISI问题
• 串扰(续)
d.减少串扰的办法:
1.尽可能拉大传输线之间的距离;
2.在两根不相关信号线间加地隔离带;
3.尽可能减少不相关信号线间的平行长度;
4.保证信号线尽可能靠近参考平面.
2010-6-4 Olica 261
设计中的SISISISI问题
• 电源/地 噪音
a.在高频设计系统中,电源/地噪音占了三
成的比例;
b.由于电源和地在系统中分布的复杂性,
导致它是SI 分析过程中最难模拟电磁效
应之一;
2010-6-4 Olica 262
设计中的SISISISI问题
• 电源/地 噪音
----在芯片封装和PCB中,电源/地平
面通过过孔为网络提供电源.大量设备同
时开关而拉的瞬时电流会导致电源和地
之间电压的波动,这一过程叫同步开关噪
音或电流变化噪音;
2010-6-4 Olica 263
设计中的SISISISI问题
• 电源/地 噪音
的副作用
1. SSN会降低信号的速度,由于电源/地
分布系统构成回路是不完美的;
2.当SSN耦合到静态信号上的时候可
能会导致逻辑错误;
会扰乱锁存器中的数据.
2010-6-4 Olica 264
设计中的SISISISI问题
• 电源/地 平面的模型
a.有效感应器模型----该模型只在低频
领域有效,是不考虑电源/地平面的电磁波
传播和共振的情况,该模型不适用与高频
系统.
2010-6-4 Olica 265
设计中的SISISISI问题
• 电源/地 平面的模型
b.天线模型----利用瞬时方法计算导线
中的电流,是另一种接近电源/地平面的模
型,该模型可以考虑电磁波的传播和过孔
间的互感,但对复杂的系统需要太多计算
时间;
2010-6-4 Olica 266
设计中的SISISISI问题
• 电源/地 平面的模型
c.二维电容电感网模型----该模型把导
体平面分成很多小的模块,任何一个小模
块用一个电容和电感来模拟,其优点是可
以对瞬时电路进行很好的仿真,缺点在于
使用的过程中需要太多的时间和内存空
间.
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设计中的SISISISI问题
• 电源/地 平面的模型
2010-6-4 Olica 268
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2010-6-4 Olica 269
建模与仿真
• 电磁建模技术
2010-6-4 Olica 270
建模与仿真
• 电磁建模技术
2010-6-4 Olica 271
建模与仿真
• 电磁建模技术
2010-6-4 Olica 272
建模与仿真
• 电磁建模技术
2010-6-4 Olica 273
建模与仿真
• SI 工具
一个好的SI仿真软件必须包含如下关键成分：
a.单根/差分传输线的2D模型；
b.单根/耦合回损线模拟器；
c.引线结合器的3D模型；
d.过孔，金属平面；
e.驱动器和接受器的行为建模；
f.既能做时域仿真又能做频域仿真。
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建模与仿真
• SI 工具
2010-6-4 Olica 275
建模与仿真
• SI 工具
2010-6-4 Olica 276
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2010-6-4 Olica 277
信号完整性的例子
• 一个信号完整性例子
a.这是个4层的PCB,叠层结构为:S/P/G/S;
b.一个DSP芯片放置于PCB的中间;
c.芯片信号的上升时间为500ps;
d.布线的时候已经考虑了串扰问题;
e.但实际仿真的过程中发现时钟信号上依
然有很大的噪音。噪音来自何方?
2010-6-4 Olica 278
信号完整性的例子
• 一个信号完整性例子
2010-6-4 Olica 279
信号完整性的例子
• 电源与地平面间的噪音空间分布图
2010-6-4 Olica 280
信号完整性的例子
• 10ns时的电源/地平面的噪音分布图
2010-6-4 Olica 281
信号完整性的例子
• 时钟信号过孔上的同步开关噪音
2010-6-4 Olica 282
附加典型波形
14M 完整波形
2010-6-4 Olica 283
33M完整波形
2010-6-4 Olica 284
48M完整波形
2010-6-4 Olica 285
100M完整波形
2010-6-4 Olica 286
133M完整波形
2010-6-4 Olica 287
266M非完整波形
2010-6-4 Olica 288
时钟信号例子（差分探头测试结果）
2010-6-4 Olica 289
时钟信号例子（单端探头测试结果）
2010-6-4 Olica 290
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