搞硬件的我们为什么要测信号

作为搞硬件的，电脑前，会个Cadence、DxDesigner啥的是基本的（画起图来感觉自己就是个艺术家）；面对硬邦邦的板子，会个示波器、万用表、烙铁也是基本的。贴合主题，这里主要说说用示波器测试信号，因为理论与现实的差距，测出来的信号一般千奇百怪，虽然说信号测试也仅供参考，但是搞硬件我们得严谨，起码在我们认知范围内尽量把信号的状态还原出来（对，我觉得我的认知还没有升华到下一层次，不然这种问题还不是分分钟解决，还要思考啥）。

信号一般测些啥

一般就两类：

1. 信号质量：主要是Vih、Vil、overshoot、undershoot、单调性，对于时钟信号一般还有频率、占空比、rise & fall、持续时间等；
2. 信号时序：主要是建立与保持时间，具体还看器件或者协议的要求；

为什么要测这些

1. 对于信号质量，拿vih（判决为1的最低输入高电平）来打比方，当信号电平低于Vih的时候，IC它就不认为你输入的是高电平，就好比鼠标失灵直接送塔；
2. 对于信号时序，拿建立时间来说，假定IC为时钟上升沿采样，信号从0变为1，那么在时钟上升沿到来之前，信号必须要提前变为1，IC才可能采集到这个1信号，不然IC就认为信号没有变化，还是0，类比天赋没保存就进了游戏。

信号测试的实际情况

既然如此，那我们就需要确认一下看看我们信号的质量与时序是否是达标的。

首先，得先去看看器件手册（datasheet），我们得知道这个器件对信号有啥要求，客户需求我们得了解，有些客户不清楚自己的需求，那咋办呢？不能不搞了，那就按照业界标准来一套吧（协议），生意还得做呀。

• 然后我们一般通过这些材料看到的波形是这样的（借一张自己之前画的图，https://blog.csdn.net/Nightya/article/details/105454785）：
  
  漂亮、方正、大气。

• 实际测出来是这样的（还是借一张自己之前画的图，家里没有示波器，只能画了）：
  
  感觉坨坨的，后面那个小板凳是什么，书里好像没有呀。

• 测多了就会发现，上面这个算是漂亮的了：
  
  我觉得画的还不够好，不够丑。

来看看这第三个波形，都有些啥：上升下降沿不单调，过冲下冲，回冲，这还仅仅是信号质量。

如何避免测出来的波形很挫，影响判断

这里要澄清一点，是问题，那就是问题，这是无法避免的，如果发现不管如何变更测试方法测出来的波形还是这样。嗯，能医就医，医不了那就只能尽量想办法减轻影响，看看是否接受风险，接受的话那就加大样本量，加长测试时间，接受不了那就改板吧。

1. 校准
   测之前对示波器和探头进行校准，动作必须，不校准的话可能有啥影响？比如下面：
   

2. 带宽
   这里带宽不仅仅指信号频率，还要关注它的上升与下降时间，有些频率很低的信号但是上升和下降沿很陡（数字信号边沿高频分量占比很大），低速信号有时候也会有很严重的反射就是这个情况。一般选择测量探头&示波器带宽大于信号频率（或边沿变化频率）的5倍（经验值，以后有时间再整理）。

3. 无源和有源探头
   现在无源探头带宽也能做得比较大了，但是同样是1GHz的有源探头和无源探头，测出来的波形依旧存在差别。
   无源探头：测信号幅值比较准，因为阻抗大，对链路的影响小；由于寄生电容比较大，所以测出来的信号边沿会更缓一点；一般无源探头会自带接地线，比较长，测量的时候容易引入干扰，如下：
   
   有源探头：一般现在好的有源探头测幅值也还算准的（没具体研究过，一般来说测出来的幅值会偏低，但是确实有些有源探头不会有这种情况，可能是探头本身内部存在补偿，又或者示波器内部有补偿）；寄生电容小，对于信号边沿的还原比较好；地环路小，干扰小。

4. 源端与末端
   信号分别在源端和末端测量会有啥差别？一般情况如下所示：
   
   所以在测量信号时序的时候我们会强调在信号末端测量。对于区分读写的信号，会经常遇到一个问题，参考时钟是由主器件发出来的，但是在读操作的时候，数据是从从器件发出来的，这种时候该如何测量。
   1）都在从器件端测量，时钟信号是准确的，但是数据会有反射，并且时钟信号是从主器件发送到从器件后才被探头捕获到，存在链路延时，而数据信号是从器件发出后直接被捕获，没有链路延时。这会导致数据时序偏早，而时钟的时序偏晚，时序测不准；
   2）都在主器件端测量，从链路延时的角度来看，这种测法是OK的，但是由于时钟信号是在源端测量，所以时钟信号会受到反射的影响，会导致示波器卡不准，一般选取回勾出现前的边沿作为时序测量点，但是实际并不太好操作（波形会很挫）；
   3）其实如果裕量比较大的话，第二种方法也就差不多了，但是有时候确实想要更精确的数据，该怎么处理，这个时候可以用skew，将传输线延时给测出来，然后信号我分别就在末端测量，再把传输线延时给加上或减去就好了。