軍用嵌入式系統中更高的數據速率既是福音又是負擔：難以實現，甚至更難診斷和調試。然而，現代測試設備和相關軟件的功能使得處理信號完整性問題、難以探測的硬件和復雜的串行數據分析變得更加容易。

在每個原始設備制造商（OEM）市場中，嵌入式系統的設計要求要求降低材料成本，縮短設計和調試周期，并在可能的情況下快速升級到當前技術。無人機（UAV）等平臺的軍事開發計劃也不例外，并且一直是開放式商用現貨（COTS）架構的最廣泛采用者之一，以降低成本和設計周期時間。

然而，今天的COTS平臺正在提供更高的數據速率。此外，高清數據的無線流需要高速處理，雷達、電子戰和通信的所有類型的下一代軍用電子設備也是如此。

信號完整性分析

最新一代開放式 COTS 架構提供的不斷提高的數據速率轉化為從芯片級一直到系統級的復雜信號完整性問題。一般來說，軍用嵌入式系統正在以更快的系統處理器和背板的形式進行硬件升級。從思科系統和瞻博網絡等網絡基礎設施供應商那里獲得啟示，BAE系統公司、洛克希德·馬丁公司和雷神公司等主要軍事承包商采用了數據速率超過10 Gbps的下一代芯片組。

解決信號完整性問題的一種方法是采用網絡分析。除了非常昂貴之外，傳統的矢量網絡分析儀（VNA）也非常難以使用。新一代信號完整性網絡分析儀通過單個USB連接直接連接到被測設備和基于PC的軟件，從而避免了這些問題。

這些儀器，其中一個例子是泰萊迪恩·勒克羅伊的SPARQ信號完整性網絡分析儀，可以快速測量多端口S參數。SPARQ分析儀等儀器可快速檢定多端口器件，用于開發基于測量的仿真模型、設計驗證、一致性測試、高性能時域反射儀和印刷電路板測試。

什么是S參數，為什么它們在信號完整性分析中很重要？當我們將信號應用于網絡的輸入時，該信號的一部分通過網絡傳播，而一些信號的一部分通過它進入的端口反射或散射回來。我們的信號有多少被反射，是什么導致了反射？

答案在于應用一種稱為散射矩陣（或S矩陣）的數學結構，該結構量化了能量如何通過多端口網絡傳播。S矩陣允許將令人難以置信的復雜網絡的屬性準確描述為簡單的“黑匣子”。N 端口網絡的 S 矩陣包含 N2 系數（S 參數），每個系數表示一個可能的輸入-輸出路徑。通過“多端口網絡”，我們可以指，例如，電纜或微帶線。該接口將如何影響 5 Gbps USB 3.0 信號？

S參數是對網絡電氣行為的“頻域”描述。它們是用大小和相位表示的復數;發生這種情況是因為輸入信號的幅度和相位都因網絡的損耗、反射和傳播時間而改變。

從時域角度看多端口網絡的性能需要時域反射儀 （TDR）。在這里，將快速上升的步進沿發送到被測器件（DUT）中，并測量反射信號。此外，我們可以查看通過DUT傳輸的信號;該信號是時域傳輸信號（TDT）。SPARQ儀器能夠執行這兩種類型的測量。TDR測量對互連的瞬時阻抗曲線更敏感，而頻域測量對進入DUT的總輸入阻抗更敏感。

信號完整性網絡分析儀（如SPARQ）與傳統VNA之間的主要區別在于校準過程。VNA校準是一項復雜的任務，涉及多個連接，由于操作員錯誤，這些連接可能會產生誤導性結果。SPARQ分析儀內置校準標準液，無需昂貴的外部校準模塊。校準快速完成，無需用戶干預。

虛擬探測

通常，OEM 構建用于軍事應用的 PC 板與用于商業應用的 PC 板略有不同。軍用級產品必須承受較大的溫度波動和劇烈的振動水平。這種電路板上使用的施工技術當然可以提高可靠性，但在某些情況下，結果限制了對所需探測點的訪問。

當測試工程師根本無法將探頭物理連接到需要測量的地方時，他們能做些什么？答案越來越多地在于一種稱為虛擬探測的技術。虛擬探測是一種功能強大的信號處理工具，使用戶能夠在系統內的任何位置測量信號，然后在任何其他所需點投射響應。該功能的工作原理是使用系統中各種組件的S參數文件來推導將所需測量信號與采集的波形相關聯的濾波器。

例如，可以在信號最干凈的地方進行測量，通常在變送器處，并且可以模擬通道遠端（背板末端）的損壞信號，從而消除測量中的探頭和儀器噪聲。派生濾波器考慮了系統元件和發射器信號之間的所有相互作用，包括差分到共模轉換以及近端和遠端串擾。虛擬探測還可以從測量中解嵌探頭和夾具響應，從而提高信號完整性測量的準確性。

串行數據分析

許多軍用嵌入式系統采用多通道信令，使串行鏈路分析成為一件非常復雜的事情。在當今的數據速率下，工程師必須能夠訪問各種形式的信號分析：眼圖、抖動、噪聲和串擾。任何這些參數中的異常都可能破壞接收器上的串行流。如果沒有適當的工具集，所有這些分析都很難執行且耗時。

幸運的是，現代信號分析工具與功能強大的信號分析儀或示波器配合使用時，能夠揭開這些分析的神秘面紗，并同時聚焦多達四條通道上的信號缺陷。此類工具的一個例子可以在泰萊迪恩·勒克羅伊的SDAIII-CompleteLinQ軟件中找到，該軟件提供了一套完整的串行數據分析工具，以形成眼圖并將抖動分解成其組成部分（見圖2）。

圖 2：泰萊迪恩·勒克羅伊的 SDAIII-CompleteLinQ 軟件包括串行數據分析工具，包括眼圖、串擾分析和噪聲分析。

抖動是用于在適當時間（無論是早還是晚）到達目的地的信號的術語。抖動的結果是由于寄存器鎖存不正確而導致的位錯誤。雖然幾乎不可能設計出100%無位錯誤的高速串行通道，但這樣的工具集可以幫助確定抖動、噪聲和串擾的來源。

審核編輯：郭婷