基于虚拟仪器的高速PCB信号检测

　　1　引　　言

　　随着电路系统设计的复杂性和集成度的大规模提高,以及半导体技术的飞速发展,电路系统设计和测试变得日益复杂,特别是数字系统的工作频率已远高于50 MHz,其信号完整性问题日益突出,从高速印制电路板[1](高速PCB)的设计到其信号检测,使电子工程师面临巨大的挑战。现代数字系统大量使用FPGA、DSP、嵌入式CPU等可编程芯片,这类芯片工作频率高、I/O管脚数量大,从系统设计到软件逻辑功能设计验证,这一设计阶段的大量工作依靠先进的EDA开发设计软件和各类相关调试工具在计算机系统上完成,但从高速PCB设计到实物测试,这一阶段需要大量的测试仪器和计算机系统配合完成,如何将高速PCB信号测试和设计阶段的逻辑功能验证有效地结合在一起成为电子系统测试验证的难点。在大量的设计调试中,采用虚拟仪器结合数字逻辑功能验证,通过计算机技术成功地处理这一问题,并能通过这种方法解决设计中隐藏的问题,处理PCB布线问题。

　　2　虚拟仪器的组成原理

　　虚拟仪器是由软件和硬件组成的,其中软件是测试仪器的核心,基于测试信号采集电路,通过不同功能的分析软件完成各项功能的测量测试。软件功能可以根据需要定义各类仪器,比如频谱分析、波形采集、信号发生、逻辑分析等。

　　2.1　虚拟仪器硬件组成

　　硬件是虚拟仪器工作的基础,测试采用的是NI公司的PCI25124数字化仪[2],在2个150 MHz带宽的输入信道中进行同步采样,可达到高达75 dBc的SFDR(spurious2free dynamic range)。这款设备基于NI同步和存储核心(synchronization and memorycore,SMC)构架,具备每通道512 MB板载内存、快速数据传输和紧密的同步功能。设计和测试领域的工程师们可以在几十ps内同步基于SMC的模块化仪器,用于高通道和混合信号应用。在高采样率情况下具有极高的分辨率,这样在采集高速PCB信号时保证足够的采样精度和带宽,并且可通过软件选择的50Ω和1 MΩ输入阻抗、用于重复信号的4 GS/s随机隔行扫描采样(random interleaved sampling,RIS),以及包含视频触发的5个触发模式。

　　2.2　虚拟仪器软件组成

　　软件是虚拟仪器[3]工作的核心,虚拟仪器系统能否成功运行,关键在于软件。根据虚拟仪器软件的设计功能分为几个层次,其中包括仪器驱动程序、应用程序和虚拟面板程序。可以由设计者根据需求自行开发设计仪器应用软件,也可使用专业虚拟仪器配套软件,由于测试采用的NI的数字化仪快速开发测量系统,故使用NI的LabVIEW软件,它不仅具有32MB、256 MB或512 MB内存选择,而且包含能提供优良的频域测量功能的NI频谱测量工具包(NIspectral measurements toolkit),例如在NI Lab2VIEW软件中,可以进行功率频谱、峰值功率和频率、内置功率、相邻通道功率,以及3D光谱图等的测量。