仪器租赁，加速高速数据传输和IC研发进程

发布时间：2023-11-29 浏览量：3070

企业办公（远程办公、客户交流等）、消费电子（智能手机/平板、各种其他智能设备）、车联网（智能驾驶）三大领域及其他不同场景需求（金融交易等）带来海量数据爆发。同时受东数西算及数字中国远景目标等国家政策推动，目前我国数据中心（Internet Data Center，IDC）及高性能计算产业高速增长，服务器、交换机及外围接口等细分技术成为热点。

从技术趋势看，IDC网络及其内部服务器都涵盖多种高速I/O接口协议。包括网络传输OIF-CEI CEI-112G、IEEE-802.3 bs/cd/ck、Infiniband EDR/HDR/NDR，服务器内部PCIe 4.0/5.0、DDR5、SATA 3.x、IEEE-802.3 bs/cd等。

一、PCIe (Peripheral Component Interconnect Express，PCI-Express，高速串行计算机扩展总线标准)属于高速串行点对点双通道高带宽传输，是IDC互连服务器外设核心技术之一。PCIe接口分PCIe标准插槽和M.2接口通道两种。PCIe标准插槽可拓展性强，支持显卡、固态硬盘、无线/有线网卡、声卡、视频采集卡、PCIe转M.2/USB、PCIe/Tpye-C等。M.2支持对应接口固态硬盘。5G和物联网快响应时间和高带宽要求，同时入网设备/应用数量有望达数十亿规模，目前IDC通用100 GE逐渐无法承载。网络速度需向400GE升级，需要更快内存和串行总线通信支持，内存从 DDR 4向DDR 5，总线从 PCIe 4.0 向PCIe 5.0升级。

二、DDR 是 DDR SDRAM（Double Data Rate Synchronous Dynamic Random Access Memory，高速CMOS双倍数据率同步动态随机存储器）略称，集成度高、密度大、接口带宽高，成本较低。与传统SDR SDRAM不同，DDR SDRAM采用双数据速率端口，并采用源同步传输，使采样时序余量更大化，实现更低功耗和电源管理。作为第五代I/O内部数据共享和传输标准，DDR5实现更高带宽和吞吐量， Burst Length 8/16支持更高容量DRAM器件（到32 Gb）。

相关外围接口（板卡、产品、线缆等）I/O协议也平行演进，除了以上PCIe5.0、DDR5，还包括USB4、HDMI2.1、DP、MIPI等。

一、USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）是串口总线标准和输入/输出接口技术规范之一，广泛用于数码产品、电脑、手机、打印机、游戏机等，目前已发展为行业标准。自1996年USB-IF（USB Implementers Forum）发布USB 1.0标准以来，USB标准经历了 1.1、2.0、3.0、3.1、3.2多个版本更新。2019年新USB4标准发布带来全新规范，其接口物理形态可分为标准USB（Type-A和Type-B）、Mini USB、Micro USB、Type-C（近几年新型USB接口）。新USB 4版本采用Thunderbolt协议（速度快，供电强，可兼容Thunderbolt、USB、DP、PCIe等多种接口/协议）。

二、HDMI（High Definition Multimedia Interface，高清多媒体接口）是全数字化视频/音频发送接口标准之一，可发送未压缩音频及视频信号。广泛用于机顶盒、PC、TV、游戏主机、数字音响等设备，音频/视频信号共用一根线缆简化系统线路。自2002年初代HDMI 1.0推出以来，版本经历1.1、1.2、1.2a、1.3、1.4（及1.4a，1.4b）、2.0（及2.0a）。新版本HDMI 2.1于2017年推出，支持4K 120Hz及8K 60Hz，Dynamic HDR（高动态范围成像）确保视频每帧理想值（景深、亮度、对比度和色彩），可向后兼容HDMI 2.0和1.4，还可传输 3D显示信号并自动适配设备。

三、DP（DisplayPort）是VESA（Video Electronics Standards Association，视频电子标准协会）定制数字显示设备图像和声音接口标准化格式，可用于内/外部显示连接，视频源与显示器等连接，也可用于传输音频、视频及双向USB信号等。取代传统VGA和 FPD-Link（LVDS）接口，通过主动或被动适配器可向后兼容传统接口（如HDMI和DVI）。

四、MIPI Alliance（Mobile Industry Processor Interface Alliance，移动产业处理器接口联盟，MIPI）是为移动应用处理器制定开放标准和规范，目的是标准化移动设备内部接口如摄像头、显示屏、传感器、应用处理器、基带、射频等，增加设计灵活性，同时降低复杂度、成本、功耗和EMI。作为移动领域主流视频传输接口规范，目前MIPI D-PHY 和 MIPI C-PHY应用更广泛，可共用引脚实现双模，MIPI M-PHY 则有不同，数据传输每方向至少包括 1 个物理通道，在数量上没有对称要求，信号调制格式支持 NRZ 和 PWM 两种格式，目前用于UFS 等器件和移动终端。同时，用于汽车MIPI A-PHY 也已发布，将成为汽车系统和 IoT 基石。

同时微电子（Integrated Circuit，IC）行业发展程度不仅与社会经济水平密切相关，而且对国家竞争力有关键影响。按其应用领域可分为通用IC（包括CPU、GPU、DSP等），专用IC(包括ASIC、FPGA、ASSP 等）。目前热点之一AI芯片也属于ASIC（包括BPU、DPU、NPU、 VPU等）。

当前IC领域各种新技术和新标准不断涌现，如SATA、DVI、10GEA、XFP、UXF等，同时性能指标也不断提高，如数据存储容量和传输速度等。意味着IC电路布局集成密度增加，数据率提高、电源电压减小、信号和时钟抖动和噪声阈值降低，电源电压减小削弱路径抗干扰性，合理设计PCB)迹线、通孔、连接器和电缆至关重要。

软件设计原理图和仿真完成后，为排除电路板故障隐患，确保 IC满足功能目标，即每个器件、每个信号、每个单元模块都正常工作，硬件测试环节每一步都至关重要，包括PCB验证、元器件验证、单元功能验证、内外总线验证、设计功能测试等。硬件测试确保量产和经济价值的实现。

IC硬件测试一般分为非上电和上电测试两大部分，先在非上电环境下做性能测试，通过后再上电测试。

高速数据传输解决方案

网络接口/内部接口/外围组件物理层一致性测试（PCIe 4.0/5.0、DDR、USB4、HDMI2.1、DP、MIPI）
上层协议分析
电源分配网络（PDN）测试
电源完整性测试

测试工具

IC设计验证解决方案

一、非上电环节测试方案：

依据电路原理图，检查芯片电源、节点标注及连线是否正确。测量电源输入阻抗，确认电源电压正常。
按电路图及元器件封装型号和引脚顺序，按顺序检查元器件安装是否正确。做开路、短路测试。

二、上电环节测试方案：

通电后先观察电路板是否有异常（包括冒烟、异味、发烫等），一旦出现立即断电，排除故障后再上电，
静态调试（一般指不加入信号或只加固定电平信号做直流测试）和动态测试（在电路板输入端输入合适激励信号），检测各点电位判断直流工作是否正常，及各测试点输出信号是否正常。
测试工具
- KEYSIGHT 34465A 6位半数字万用表
元器件测试方案，主要包括短路测试、阻抗验证、串扰情况等，以及测试PCB、Cable、Connector等传输线特征阻抗（阻抗不匹配会引起反射、EMI、回波损耗等问题，为合理设计PCB迹线、通孔、连接器和电缆，可通过示波器眼图实时判定信号质量，识别不良场景以便进一步分析调试。同时准确测量并分解抖动和噪声，并对重要信号迹线执行TDR/TDT测量也必要，性能指标一般包括插入/回波损耗、近端 (NEXT) /远端(FEXT)串扰。以及采用频域-时域参数转换查看信号结构不连续性、阻抗及上升/下降时间、对内/对间延迟差、根据测量S 参数开展眼图模板测试等。
测试工具
基本功能验证方案
验证测试时注意确保测试仪器接地正确，仪器带宽大于被测电路带宽、测试点选择正确。测试项目包括以下：
1. 信号特征定量分析：幅度、频率、上升/下降时间、脉冲宽度/个数、过冲等
2. 电路偶发故障，分析研究其原因并排除故障
3. 信号完整性测试：是否有噪声、过冲、抖动等
4. 射频信号频谱/调制分析
5. 电流-电压瞬态功率测量
6. 信号与标准对应情况，及其他自定义方法分析
测试工具