硬件测试（二）：波形质量

一、信号质量测试

       信号在传输的过程中，一般不是标准的矩形波信号，信号质量测试即通过示波器测试单板硬件的数字信号和模拟信号的各项指标，包括电源、时钟、复位、CPU小系统、外部接口（USB、网口、串口）、逻辑芯片(CPLD、FPGA)、JTAG等信号，理想的信号波形为矩形波：

        阻抗不匹配会导致信号反射，反射信号与原始信号叠加，就会产生过冲、回沟、台阶等信号完整性问题，是影响信号完整性最主要的因素之一。在进行信号质量测试过程中，常见的有如下几类问题波形，分别是：

• 过充
• 振铃
• 边沿过缓
• 回沟（台阶）
• 毛刺
• 振荡
• 时序不满足

二、问题波形

1、信号过充

A、成因：

1. 器件驱动能力过强；
2. 没有匹配或者匹配不当；
3. 相邻信号串扰。

B、危害：

1. 成为干扰源，串扰其它器件；
2. 当过冲幅值较大或持续时间较长时，可能会导致元器件失效；
3. 超过正常供电范围，会产生门锁效应（长时间的信号过冲会使得器件失效率增加）。

C、解决方法：

1. 进行阻抗匹配，一般分为源端串联电阻或者末端并联电阻（分为上拉 | 下拉），以减少过冲；
2. PCB布线时，避开干扰源和耦合路径。

        与过冲强相关的是振铃，常紧随过冲产生，表现为信号会跌落到低于稳态值，然后反弹到高于稳态值，这个过程可能持续一段时间，直到稳定接近于稳态。
        【振铃是指当电路中存在反馈环路时，由于信号幅度过大或相位差不当而产生的高频波动，这种波动会导致输出信号的振荡和失真，从而影响电路的正常工作】

2、信号过缓

A、成因：

1. 器件驱动能力不足；
2. 负载或链路阻抗过大。

B、危害：

1. 上升、下降沿过缓慢，会造成数据采样错误；
2. 影响输出信号的占空比，导致器件功耗增加，可靠性下降。

C、解决方法：

1. 提高驱动能力；
2. 减小负载阻抗。

3、信号回沟

A、成因：

1. 负载或链路阻抗不匹配；
2. 测试点选取不当。

B、危害：

1. 出现在阈值电平附近可能会导致逻辑判断错误；
2. 回沟可能会造成多次采样。

C、解决方法：

        进行阻抗匹配，保证阻抗连续性，可在信号线上串小电阻改善。

4、信号毛刺

A、成因：

1. PCB走线不当引起的串扰（并行走线较长、信号干扰等）；
2. 电源 | 地线噪声【低频谐波（电源谐波）】或线圈自感/互感导致；
3. 无去耦电容或位置不当

B、危害：

        当毛刺信号成为系统的启动信号、控制信号、握手信号、触发器清零信号、预置信号、时钟信号或锁存器输入信号时，会导致产生逻辑错误。

C、解决方法：

1. 优化元器件布局布线，滤波器件靠近信号引脚放置；
2. 通过添加去耦电容，降低噪声；
3. 检查、校准示波器，保证接地点良好