高速SerDes电参数测试时线缆选择

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SerDes介绍及测试

随着大数据的兴起以及电子信息技术的飞速发展，数据传输对总线带宽的要求越来越高。并行通信的发展受到了时序同步、信号偏移，抗干扰能力以及设计复杂度高等一系列问题的阻碍。与并行通信相比，串行通信的引脚数量少、扩展能力强、采用点对点的连接方式，而且能提供比并行通信更高带宽，因此现已广泛用于高速数据传输多个领域。

当时先进的FPGA、CPU、DSP、交换芯片等内部都集成了SerDes电路，用于高速串行数据传输。SerDes是英文SERializer(串行器)/DESerializer(解串器)的简称。它是一种主流的时分多路复用(TDM)、点对点(P2P)的串行通信技术。即在发送端多路低速并行信号被转换成高速串行信号，经过传输媒体(光缆或铜线)，最后在接收端高速串行信号重新转换成低速并行信号。这种点对点的串行通信技术充分利用传输媒体的信道容量，减少所需的传输信道和器件引脚数目，提升信号的传输速度，从而大大降低通信成本。而且支持目前多种主流的工业协议标准，比如Serial RapidIO 、Fibre Channel（FC）、PCI-Express（PCIE）、10-Gb Ethernet（XAUI）、1-Gb Ethernet、Serial ATA（SATA）、HDMI等。

Serdes框图

目前SerDes电参数测试可分成接收器测试和发送器测试两大部分。

接收器测试需要用到误码仪，测试指标主要有：灵敏度测试、抖动容忍度测试、skew测试、阻抗测试等。

发送器测试需要用到示波器，测试指标主要有：输出差模电压、输出共模电压、上升下降时间测试、抖动测试（TJ，RJ/DJ）、眼图测试、skew、阻抗测试等。

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高速线缆选型

SerDes电参数测试时，就需要高速线缆将芯片的SerDes接口与高端测试仪器连接。为了满足对SerDes电参数的精确测试，我们通常优先考虑是选用高端测试仪器测试就ok了，而忽略了芯片与仪器之间互连的线缆选择。高速线缆看似普通，但是如果选用不当，则会恶化我们的测试指标，无法表征芯片真实的电气参数。

来看看，一根高速线缆有哪些指标，专业做高速高频线缆公司会给电缆定义很多指标，特性阻抗、驻波比、损耗、额定功率、操作电压、屏蔽、电容、传输速率、截止频率、脉冲响应、自有电缆噪声、工作温度范围、柔软性、环境耐性、电缆强度、资质&UL认证等。

但对于硬件工程师来说，选择时需要考虑特性阻抗、驻波比、损耗、传输速率、截止频率、屏蔽性即可。

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高速线缆测试

今天在实验室找到了9种不同规格的高速线缆，如下先用网络分析仪先测试各个线缆的S参数，比较指标。接着误码仪输出12.5Gbps prbs7的伪随机码型，用于S参数指标最好和最差的连接测试到示波器，进行眼图测试。通过时域直观看到高速线缆的差异对的SerDes电参数的影响。

网络分析仪测试线缆S参数前，还是要先校准的。测试不校准，说出都是泪，你懂得......

下面正式开测，为了避免线缆机械形变导致S参数有误差，要保证被测线缆正常自然延伸。

示波器自带_1m S参数结果

下表是9种不同规格的高速线缆的S参数测试结果，这里只列出S21在不同频点的数值。

下面我们选取S参数指标最好和最差的连接测试到示波器，测试眼图质量，如下。

示波器自带_1m 眼图质量

“9块9包邮” 眼图质量

可以看出误码仪输出信号经过“9块9包邮”线缆后，眼图质量明显恶化。

测试信号电参数指标，如下。

示波器自带_1m 电参数指标

“9块9包邮” 电参数指标

可以看出误码仪输出信号经过“9块9包邮”线缆后，弱化了Tj、Rj、上升下降时间、输出差模电压等电参数指标。

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小结

通过上述测试结果，结合创新中心高速SerDes电参数调试经验，建议大家今后在测试中对于高速线缆选择一定要引起重视，确保高速测试系统的正确搭建，达到芯片SerDes电参数的精确测量，提高整体调试效率。希望通过大家的努力，早日实现国产芯片突破枷锁。

文章来源：天津市滨海新区信息技术创新中心