一种基于仿真模型与自由拓扑结构的信号完整性测试方法及系统技术方案

一种基于仿真模型与自由拓扑结构的信号完整性测试方法及系统，采用建立网络拓扑结构及网络拓扑实物结构进行输出曲线对比的方法，通过改变各种影响输出曲线波形完整性的属性，获取最优网络拓扑结构及最优网络拓扑实物结构，再根据最优网络拓扑实物结构输出波形曲线对最优网络拓扑结构中的最优IBIS模型与耦合线属性进行调整，直至获取最接近理论传输波形曲线的输出波形曲线，克服了现有技术中模型不精确的缺点，提高了相应的信号完整性评价方法的置信度。

A signal integrity test method and system based on simulation model and free topology

【技术实现步骤摘要】
一种基于仿真模型与自由拓扑结构的信号完整性测试方法及系统
本专利技术涉及一种基于仿真模型与自由拓扑结构的信号完整性测试方法及系统，属于高速总线信号完整性分析评价领域。
技术介绍
SpaceWire总线是针对传统的RS422总线、CAN总线、1553B总线等的通信速度慢、传输距离短、协议配合差、纠错容错机制匮乏、功耗高以及电缆较重等不足之处提出了全新的总线。作为高速数据的传输总线，SpaceWire总线在国内外的航天领域的应用范围越来越广，对于宇航通信使用的第一代SpaceWire总线来说，其设计传输频率为280MHz；目前正处于研制末期的二代SpaceWire总线设计传输频率为680MHz。该总线的传输频率相比于传统的1553B等总线有了数十倍的提升，且远远超过高速传输系统的归类下界50MHz，因此其势必会在实际应用中产生不可忽略的诸如差分信号及链路串扰、传输线效应等信号完整性问题，因此在使用前需要对其进行相应的信号完整性评估。然而，国内还未有针对SpaceWire总线自由拓扑结构的信号完整性评价方法及宇航用高速数据总线信号完整性评价标准，传统的信号完整性测试采用器件的理想模型在PCB设计阶段进行信号完整性仿真，未对器件模型和仿真结果进行修正，得到的测试结果精度低、容易造成硬件的反复投产。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：针对现有技术的不足，通过仿真与测试结合的方式，改进了传统测试手段中模型不精确、仿真结果不准确、硬件反复投产造成测试时间长等问题，提出了一种基于仿真模型与自由拓扑结构的信号完整性测试方法及系统，通过优化器件模型以及用实物拓扑结构测试修正仿真结果的方式弥补了传统方法的不足，解决了宇航用高速数据总线信号完整性评价的困难。本专利技术的技术解决方案是：一种基于仿真模型与自由拓扑结构的信号完整性测试方法步骤如下：(1)对待测试SpaceWire总线进行测试，获取待测试SpaceWire总线的V-T曲线、V-I曲线，并根据V-T曲线、V-I曲线建立待测试SpaceWire总线的IBIS模型，并进行模型优化；(2)根据测试用板卡的PCB叠层参数建立板卡仿真模型，与步骤(2)所得IBIS模型组成网络拓扑结构；(3)根据型号任务需求对IBIS模型与板卡仿真模型间传输用耦合线的种类、长度及线间距进行设定，并设定耦合线匹配阻抗初值；(4)向IBIS模型输入仿真激励源信号，改变耦合线的种类并在同一种类的情况下改变耦合线的长度及间距，获取当耦合线种类相同情况下，最优IBIS模型的输出波形曲线对应的耦合线长度及间距；(5)在步骤(4)的基础上，改变耦合线匹配阻抗初值，获取不同耦合线匹配阻抗初值情况下，最优IBIS模型的输出波形曲线对应的耦合线匹配阻抗初值；(6)根据步骤(4)确定的耦合线长度及间距、步骤(6)确定的耦合线匹配阻抗初值获取最优的网络拓扑结构；(7)利用步骤(6)的最优网络拓扑结构，进行SpaceWire总线的连接方式及通信网络设置并输入仿真激励源信号，对通信网络的N条通路进行设置，将其中N-1路设置为侵害网络通道，1路设置为无信号源空白网络通道，利用N-1路侵害网络通道侵害无源空白网络通道，获取1条信号完整性仿真曲线；其中，所得输出波形曲线均为波形眼图；(8)不改变仿真激励源信号，对仿真激励源信号添加抖动噪声，改变抖动噪声数值，直至噪声数值到达最优网络拓扑结构上限，满足噪声数值选取条件，记录当前噪声数值；(9)利用待测试SpaceWire总线、测试用板卡组成网络拓扑实物结构，测试用板卡的耦合线的长度及间距与步骤(6)中的最优网络拓扑结构保持一致，改变待测试SpaceWire总线接口处电容与电感值，获取与最优网络拓扑结构一致的耦合线匹配阻抗，确定网络拓扑实物结构；(10)根据步骤(9)确定的网络拓扑实物结构，利用信号发生器和高速数字示波器进行测试，不断增加待测试SpaceWire总线工作速率，获取不同待测试SpaceWire总线工作速率情况下获取的网络拓扑实物结构的输出波形曲线，于所有波形眼图选取满足速率选取条件的输出波形曲线，记录所选波形眼图对应的SpaceWire总线工作速率为最优工作速率；(11)根据步骤(8)记录的噪声数值与步骤(10)记录的最优工作速率确定最优网络拓扑实物结构，获取最优网络拓扑实物结构的信号完整性波形；(12)对最优网络拓扑结构及最优网络拓扑实物结构的输出波形曲线进行比较，根据最优网络拓扑实物结构输出波形曲线对最优网络拓扑结构中的最优IBIS模型与耦合线属性进行调整，直至调整后的最优网络拓扑结构的输出曲线波形幅值浮动偏差、传输延时偏差在规定范围内。所述步骤(1)中，建立IBIS模型后需要对IBIS模型进行优化，优化具体内容为：对模型端口的寄生电容(C_pkg)、寄生电阻(R_pkg)、寄生电感(L_pkg)、自有寄生电容(C_comp)进行修正。所述步骤(3)中，耦合线的匹配阻抗初值范围为80Ω～120Ω。所述步骤(4)中，耦合线的种类包括差分传输带状线、差分传输微带线、单端带状线、单端微带线，线间距范围为8mil～20mil，长度范围为1000mil～10000mil。所述步骤(8)中，增加的抖动噪声初始值为0ps、步进范围为5ps～10ps，最优网络拓扑结构上限噪声数值为380ps。所述噪声数值选取条件及速率选取条件具体为：曲线的波形眼图的眼高下降或眼间距变小。所述波形眼图的眼高下降或眼间距变小具体为，波形眼图的眼高或眼间距减小为原眼高或原眼间距的95％。所述步骤(10)中，SpaceWire总线工作速率初值为100MHz，步进范围10MHz～20MHz，直至达到SpaceWire总线最高工作速率280MHz为止。所述步骤(12)中，波形幅值浮动偏差、传输延时偏差的规定范围均为10％。一种基于仿真模型与自由拓扑结构的信号完整性测试系统，包括待测试SpaceWire总线、SpaceWire总线测试板卡、工控机、信号发生器、多通道数字示波器，其中：SpaceWire总线测试板卡：为待测试SpaceWire总线提供测试硬件环境，并与待测试SpaceWire总线组成网络拓扑实物结构；工控机：利用待测试SpaceWire总线的IBIS模型及板卡仿真模型，通过单独改变耦合线长度及间距、耦合线匹配阻抗初值、耦合线种类获取最优的网络拓扑结构，根据最优的网络拓扑结构的参数对SpaceWire总线测试板卡进行参数调整，同时对SpaceWire总线测试板卡提供所需的抖动噪声并实时控制SpaceWire总线工作速率；信号发生器：产生测试过程中所需的仿真激励源信号；多通道数字示波器：对最优网络拓扑结构及参数调整后所得的包含待测试SpaceWire总线、SpaceWire总线测试板卡的最优网络拓扑实物结构接收激励信号后，产生的输出波形进行显示及比对。本专利技术与现有技术相比的优点在于：本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于仿真模型与自由拓扑结构的信号完整性测试方法，其特征在于步骤如下：/n(1)对待测试SpaceWire总线进行测试，获取待测试SpaceWire总线的V-T曲线、V-I曲线，并根据V-T曲线、V-I曲线建立待测试SpaceWire总线的IBIS模型，并进行模型优化；/n(2)根据测试用板卡的PCB叠层参数建立板卡仿真模型，与步骤(2)所得IBIS模型组成网络拓扑结构；/n(3)根据型号任务需求对IBIS模型与板卡仿真模型间传输用耦合线的种类、长度及线间距进行设定，并设定耦合线匹配阻抗初值；/n(4)向IBIS模型输入仿真激励源信号，改变耦合线的种类并在同一种类的情况下改变耦合线的长度及间距，获取当耦合线种类相同情况下，最优IBIS模型的输出波形曲线对应的耦合线长度及间距；/n(5)在步骤(4)的基础上，改变耦合线匹配阻抗初值，获取不同耦合线匹配阻抗初值情况下，最优IBIS模型的输出波形曲线对应的耦合线匹配阻抗初值；/n(6)根据步骤(4)确定的耦合线长度及间距、步骤(6)确定的耦合线匹配阻抗初值获取最优的网络拓扑结构；/n(7)利用步骤(6)的最优网络拓扑结构，进行SpaceWire总线的连接方式及通信网络设置并输入仿真激励源信号，对通信网络的N条通路进行设置，将其中N-1路设置为侵害网络通道，1路设置为无信号源空白网络通道，利用N-1路侵害网络通道侵害无源空白网络通道，获取1条信号完整性仿真曲线；其中，所得输出波形曲线均为波形眼图；/n(8)不改变仿真激励源信号，对仿真激励源信号添加抖动噪声，改变抖动噪声数值，直至噪声数值到达最优网络拓扑结构上限，满足噪声数值选取条件，记录当前噪声数值；/n(9)利用待测试SpaceWire总线、测试用板卡组成网络拓扑实物结构，测试用板卡的耦合线的长度及间距与步骤(6)中的最优网络拓扑结构保持一致，改变待测试SpaceWire总线接口处电容与电感值，获取与最优网络拓扑结构一致的耦合线匹配阻抗，确定网络拓扑实物结构；/n(10)根据步骤(9)确定的网络拓扑实物结构，利用信号发生器和高速数字示波器进行测试，不断增加待测试SpaceWire总线工作速率，获取不同待测试SpaceWire总线工作速率情况下获取的网络拓扑实物结构的输出波形曲线，于所有波形眼图选取满足速率选取条件的输出波形曲线，记录所选波形眼图对应的SpaceWire总线工作速率为最优工作速率；/n(11)根据步骤(8)记录的噪声数值与步骤(10)记录的最优工作速率确定最优网络拓扑实物结构，获取最优网络拓扑实物结构的信号完整性波形；/n(12)对最优网络拓扑结构及最优网络拓扑实物结构的输出波形曲线进行比较，根据最优网络拓扑实物结构输出波形曲线对最优网络拓扑结构中的最优IBIS模型与耦合线属性进行调整，直至调整后的最优网络拓扑结构的输出曲线波形幅值浮动偏差、传输延时偏差在规定范围内。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于仿真模型与自由拓扑结构的信号完整性测试方法，其特征在于步骤如下：
(1)对待测试SpaceWire总线进行测试，获取待测试SpaceWire总线的V-T曲线、V-I曲线，并根据V-T曲线、V-I曲线建立待测试SpaceWire总线的IBIS模型，并进行模型优化；
(2)根据测试用板卡的PCB叠层参数建立板卡仿真模型，与步骤(2)所得IBIS模型组成网络拓扑结构；
(3)根据型号任务需求对IBIS模型与板卡仿真模型间传输用耦合线的种类、长度及线间距进行设定，并设定耦合线匹配阻抗初值；
(4)向IBIS模型输入仿真激励源信号，改变耦合线的种类并在同一种类的情况下改变耦合线的长度及间距，获取当耦合线种类相同情况下，最优IBIS模型的输出波形曲线对应的耦合线长度及间距；
(5)在步骤(4)的基础上，改变耦合线匹配阻抗初值，获取不同耦合线匹配阻抗初值情况下，最优IBIS模型的输出波形曲线对应的耦合线匹配阻抗初值；
(6)根据步骤(4)确定的耦合线长度及间距、步骤(6)确定的耦合线匹配阻抗初值获取最优的网络拓扑结构；
(7)利用步骤(6)的最优网络拓扑结构，进行SpaceWire总线的连接方式及通信网络设置并输入仿真激励源信号，对通信网络的N条通路进行设置，将其中N-1路设置为侵害网络通道，1路设置为无信号源空白网络通道，利用N-1路侵害网络通道侵害无源空白网络通道，获取1条信号完整性仿真曲线；其中，所得输出波形曲线均为波形眼图；
(8)不改变仿真激励源信号，对仿真激励源信号添加抖动噪声，改变抖动噪声数值，直至噪声数值到达最优网络拓扑结构上限，满足噪声数值选取条件，记录当前噪声数值；
(9)利用待测试SpaceWire总线、测试用板卡组成网络拓扑实物结构，测试用板卡的耦合线的长度及间距与步骤(6)中的最优网络拓扑结构保持一致，改变待测试SpaceWire总线接口处电容与电感值，获取与最优网络拓扑结构一致的耦合线匹配阻抗，确定网络拓扑实物结构；
(10)根据步骤(9)确定的网络拓扑实物结构，利用信号发生器和高速数字示波器进行测试，不断增加待测试SpaceWire总线工作速率，获取不同待测试SpaceWire总线工作速率情况下获取的网络拓扑实物结构的输出波形曲线，于所有波形眼图选取满足速率选取条件的输出波形曲线，记录所选波形眼图对应的SpaceWire总线工作速率为最优工作速率；
(11)根据步骤(8)记录的噪声数值与步骤(10)记录的最优工作速率确定最优网络拓扑实物结构，获取最优网络拓扑实物结构的信号完整性波形；
(12)对最优网络拓扑结构及最优网络拓扑实物结构的输出波形曲线进行比较，根据最优网络拓扑实物结构输出波形曲线对最优网络拓扑结构中的最优IBIS模型与耦合线属性进行调整，直至调整后的最优网络拓扑结构的输出曲线波形幅值浮动偏差、传输延时偏差在规定范围内。


2.根据权利要求1所述的一种基于仿真模型与自由拓扑结构的信号完整性测试方法，其特征在于：
所述步骤(1)中，建立IBIS模型后需要对IBI...

【专利技术属性】
技术研发人员：王喆，崔斌，张洪伟，王文炎，丁丽娜，刘辉，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11