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单板硬件信号质量与时序测试指导书
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1目的 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2 范围 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3信号质量测试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1高速信号的定义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2信号质量测试概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3信号质量测试条件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4信号质量测试应覆盖范围 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5信号质量测试注意事项 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6信号质量测试过程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.1时钟信号测试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.1.1测试指标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.1.2测试方法与测试重点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.2数据、地址信号测试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.2.1测试指标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.2.2测试方法与测试重点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.3电平控制信号测试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.3.1测试指标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.3.2测试方法与测试重点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.4差分传输信号测试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.4.1测试指标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.4.2测试方法与测试重点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.5同步串行信号（观察眼图） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.5.1测试指标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.5.2测试方法与测试重点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.6地线噪声 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.6.1测试指标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.6.2测试方法与测试重点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.7电源噪声和纹波 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.7.1测试指标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.6.7.2测试方法与测试重点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.7测试结果分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4信号时序测试规范 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1信号时序测试概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2信号时序测试条件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3信号时序测试覆盖范围 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4信号时序测试注意事项 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5信号时序测试过程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.1主从时钟间时序 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.1.1测试内容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.1.2测试方法与注意事项 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.2时钟与码流间的时序 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.2.1测试内容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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4.5.2.2测试方法与注意事项 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.3外围器件的CPU接口时序 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.3.1测试内容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.3.2测试方法与注意事项 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.4三态总线时序 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.4.1测试内容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.4.2测试方法与注意事项 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.5其他电路时序测试 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.5.1测试内容 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5.5.2测试方法与注意事项 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5附录1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1标准信号参数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2部分信号质量测试标准 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3时钟信号要求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4测试点的选择 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5TEK数字示波器电压探头的选用及使用注意事项 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5.1电压探头类型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.5.2使用探头时注意事项 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6电流探头TCP202使用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.1概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.2校准 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.3测量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.7示波器的使用和选择 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.8示波器和探头带宽对测试信号边沿的影响 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.9测试探头的地回路对测试信号的影响 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.10高速差分眼图测试方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.1常用信号的标准转换电平 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6硬件信号质量测试案例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1驱动器电源噪声串扰导致数据线毛刺 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.1问题与现象 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.2原因分析及解决 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.1.3建议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2过冲和毛刺使FLASH芯片工作异常、损坏率高 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1问题与现象 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2原因分析及解决 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.3建议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3信号质量测试要考虑配置的遍历 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3.1问题与现象 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3.2原因分析及解决 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.3.3建议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7时序测试案例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1信号时序紧张，造成误码严重 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1.1问题与现象 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1.2原因分析及解决 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.1.3建议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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关键词：信号质量测试 信号时序测试 硬件单元测试 示波器 逻辑分析仪 测试方法 信号完整性
分析
摘 要： 本文以“信号完整性分析”为理论依据 ，从信号质量和时序的测试方法、测试内容、测
试活动中的注意事项及相关测试仪器使用方法与技巧等方面入手，全面指导单板硬件信
号质量测试与时序测试活动。最后在附录中给出了本文用到的“信号完整性分析”部分
理论，同时对示波器和探头对测试信号的影响及关键电平的输入、输出阈值范围也进行
简单的叙述。
1 目的
2 范围
本文通过对单板硬件信号质量测试、时序测试活动中测试方法、测试内容、测试技巧
等方面的总结，全面指导单板硬件单元测试工作，并且通过硬件单元测试工作暴露单
板硬件的设计缺陷，达到提高单板硬件稳定性和可靠性的目的。
本规范适用于单板硬件信号质量测试活动、信号时序测试活动，同时对单板硬件单元
测试也能起到全面的指导作用。
3 信号质量测试
3.1 高速信号的定义
高速数字信号并不取决于其频率高低，而是取决于信号跳变时间与传输时延的比例。
一般来说，上升时间小于4倍信号传输延迟的信号就可视为高速信号（一般，我司单板
传输时延约为5.73ns/m）。
3.2 信号质量测试概述
“单板硬件信号质量测试”是在单板硬件调试完成后，对单板硬件设计质量进行全面
评估的活动。测试范围包括：重要专用芯片的输入/输出信号、时钟产生与合成电路的
输入参考源信号、输出时钟信号、时钟反馈信号、复位电路输入/输出信号、主备倒换
信号及有关控制信号等。测试项目包括：信号上升/下降时间、电平特性参数等项目，
发现诸如：反射、串扰、过冲、振铃、地弹、毛刺等问题，最后通过运用“信号完整
性分析”等原理进行分析，达到消除和改进缺陷，实现单板稳定的目的。
3.3 信号质量测试条件
单板硬件信号质量测试启动必须满足以下条件：
单板上电开工正常；
单板供电电压正常： 电源波动小于±3％；
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单板被测试模块工作正常；
单板工作温度条件：室温（20～27℃）；
测试者一定要保证单板的上述条件成立，以保证测试结果的重复性、准确性和有效性。
3.4 信号质量测试应覆盖范围
1. 测试应覆盖各个功能块：A.接口电路（含外接口，如E1口、光/电接口、时钟接口
等）； B.逻辑芯片（EPLD/FPGA）；C.微处理器单元；D.双端口RAM；E.专用芯片；
F.时钟产生与合成电路；G.复位电路；H.电源变换模块；
2. 在单板侧对接口电路的所有输入信号进行测量（指从母板输入的信号），测试点
应在匹配之后，靠近芯片的输入端；
3. 组合逻辑电路输入、输出的重要逻辑控制信号；
4. 微处理器单元电路：A.读/写信号；B.地址/数据信号；C.片选信号；D.输入时钟信
号；E.中断控制信号；F.其它控制信号；
5. 专用芯片的各类重要输入信号；
6. 时钟产生与合成电路：A.输入参考源信号；B.输出时钟信号；C.时钟反馈信号；
D.相差测试。
7. 复位电路输入输出的复位信号；
8. 其他信号；
注：由于同一个信号在不同的拓朴点上，其信号质量差异很大，故一般要求所有输入
点的信号质量必须进行测试。
测试者要从原理图中按照上述的要求，提取出应测试信号，按照4.3.1~4.3.8的信号类型
分类，整理出单板所有被测信号的测试指标。通常情况下可从器件的输入信号入手确
定被测试信号。
3.5 信号质量测试注意事项
1. 高速信号的测试要选用1G带宽示波器并配有源探头，测试中注意：多个探头不能
共用同一地线，多个探头本体连线之间要保持一定的距离，不能并排在一起，也
不能绞在一起；
2. 在测试的过程中可以通过单板的各种自环测试、器件频繁的读写操作、整机环境
满负荷运行等手段，保证单板业务满负荷运行，从而发现诸如：串扰、地弹等问
题；
3. 信号质量测试中，要注意针对单板特有配置情况进行专向的测试。测试那些会因
配置不同而改变的信号，如：A.单配置；B.双配置（热备份）；C.多配置；D.满配
置；
4. 单板在各种负荷下测试，测试那些会因驱动负载不同而改变的信号：A.轻载；
B.满载；C.过载。例如： 驱动板输出1驱4的时钟信号给不同槽位，在进行单板输
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单板硬件信号质量与时序测试指导书
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入时钟信号测试时，就要在1块板、2块板负载、3块板负载、4块板负载的条件下
测试输入信号；
5. 单板与驱动板不同位置：A.最接近驱动板的槽位；B.最远离驱动板的槽位；C 其他
中间槽位。对于重要的驱动信号，通常要求每个槽位都必须进行重要输入信号质
量的测试；
6. 主备工作（热备份）方式，对单板主备倒换瞬间，板与板的接口信号波形进行测
量；
7. 对于控制信号必须制造条件使其发生跳变，测试其跳变时的波形；
3.6 信号质量测试过程
3.6.1 时钟信号测试
3.6.1.1测试指标
1. 边沿单调性和上升/下降时间；
2. 高电平过冲和低电平过冲；
3. 最低高电平和最高低电平；
4. 毛刺；
5. 周围（相邻）信号的串扰；
6. 时钟频率；
7. 占空比；
8. 信号电平测试；
3.6.1.2 测试方法与测试重点
时钟信号对边沿的要求非常严格，一般情况下高速时钟多为点到点驱动，少数也有一
驱多的情况。时钟信号为单向信号，测试时必须选择在终端进行测试。对一驱多的负
载必须对每一个终端负载进行测试以观察是否有反射和回沟发生。
原则上要保证时钟信号上、下沿的单调性，如果发现上升沿缓、有回沟等问题，一定
在负载和输入电压等极限条件下进行详尽的测试，保证回沟肯定不能落在电平不稳定
区。
3.6.2 数据、地址信号测试
3.6.2.1 测试指标
1. 高电平过冲和低电平过冲；
2. 最低高电平和最高低电平；
3. 上升下降时间；
4. 毛刺；
5. 周围（相邻）信号的串扰；
3.6.2.2测试方法与测试重点
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