摘要：单元测试，一般是指基于开发人员自行开展的功能测试及各个功能单元的单元测试，是硬件信号级的测试，分为基本测试和信号完整性测试。也被称作硬件的白盒测试。

调试功能基本OK后，进入单元测试阶段。

单元测试，一般是指基于开发人员自行开展的功能测试及各个功能单元的单元测试，是硬件信号级的测试，分为基本测试和信号完整性测试。也被称作硬件的白盒测试。

1、单元测试开始前，全项目组人员一起学习《硬件单元测试规范及建议》就测试方法和测试规则达成一致；

2、需要制定UT测试计划和评审计划。要求测试完成一部分电路就评审一部分，不要测试完成后才一起评审。

3、单元测试的时序、信号质量、电源等测试都用专用表格进行，测试环节包括探头、单板等信息一定要与测试数据一起保存；

4、SI测试按照规范指导进行，并且遵从接口规范

5、单元测试的问题全部要提问题单跟踪解决，测出问题在记录在跟踪表的同时就马上提问题单（单元测试的问题单可以走短流程），不要积累到最后一起提。

6、单元测试开发与硬测一起参与，为确保测试和评审质量，开发与硬测要拉通运作，一起测试，一起评审。严禁分工后各管各的。

基本性能测试项目如图所示。图7.5基本性能测试项目

电源相关测试细则，可以点击下面几篇文章：

我们需要按照自己公司规定格式进行电源测试：

电源的基本参数测试完成之后，需要对上电时序进行测试：

我们在设计的时候，通过控制电源的上电使能管脚或者通过MOSFET、或者专用的电源上电控制芯片，控制不同电源的上电时序，以确保每个芯片的电源上电时序是满足芯片的要求的。我们在测试的时候，需要对相关的要求一一测试，以确认每个上电时序满足要求的。甚至在极端高低温环境下对上电时序都需要进行全部的测量，以确保电路板在高低温环境下的都满足上电时序要求。

通过示波器查看上电过程中，电源时间的时序关系。

时钟相关测试细则，可以点击下面几篇文章：

时钟的基本参数与基本测试项目

频率准确度和稳定度（Frequency Accuracy & Stability）

TIE （Time Interval Error）

MTIE （Maximum Time Interval Error）

TDEV （Time Deviation）

抖动和漂动 （Jitter & Wander）

抖动和相噪

例如PCIe时钟，按照PCIe的规范要求，核对和测试频率，上升速率、电平标准、抖动等参数：

抖动:时域概念

抖动是对信号时域变化的测量结果，它从本质上描述了信号周期距离其理想值偏离了多少。包括确定性抖动和随机抖动

确定性抖动是由可识别的干扰信号造成的，这种抖动通常幅度有限，具备特定的产生原因，而

且不能进行统计分析。确定性抖动的来源主要有4种

1、相邻信号走线之间的串扰

2、敏感信号通路上的EMI辐射

3、多层基底中电源层的噪声

4、多个门电路同时转换为同一种逻辑状态

随机抖动是指由较难预测的因素导致的时序变化。随机抖动最基本的一个特性就是随机性，因此我们可以用高斯统计分布来描述其特性。

相噪:频域概念

相位噪声是对信号时序变化的另一种测量方式，其结果在频率域内显示。图用一个振荡器信号来解释相位噪声。

首先来看什么是相位噪声？

在维基百科中，相位噪声的定义是“时域不稳定性（抖动）导致波形在相位上发生快速、短期、随机的波动，这种波动在频域中的表现即为相位噪声”。这一术语中的“噪声”一词告诉我们，它指的不是杂散或确定性波动。

定义中提到的“短期”是为了与确定时钟源纯净度时所用的其他方法加以区别，例如以百万分之几（ppm）为单位的稳定度。它通常是以更大的时间长度进行测量，例如秒或分钟。

图26 理想与真实信号在时域和频域的对比

虽然有许多技术术语可以量化相位噪声，但最常采用的指标之一是“单边带（SSB）相位噪声”，L(f)。在数学上，美国国家标准与技术研究院（NIST）将L(f)定义为从载波的偏移频率处的功率密度与载波信号的总功率之比，单位为dBc/Hz:

基于频域相噪的测量结果可以再转化为时域的相位抖动，这就是数字和时域研究人员感兴趣的结果。如下图示，相位抖动可以对阴影频带范围内相噪进行积分得到。

基于相噪测量得到相位抖动

对于传统的数字领域的公司和工程师而言，如果为了测试相位噪声而专门进行相位噪声测量仪器的投资，很明显其性价比是不高的。因此发掘现有设备的潜能让其发挥更大作用，也是一个不错的选择，而普遍存在的实时示波器当然是最佳的选择。

相比其它频域仪器测量方法，采用实时示波器进行相噪分析的优点除了节约投资外主要还有实时示波器可以测量方波时钟信号或者带SSC(扩频时钟)的时钟信号相噪，尤其是SSC扩频时钟在高速串行数据标准如PCIExpress/USB等参考时钟信号里是相当常见的。

另外采用实时示波器的方法可以测量100MHz以上的时钟频率偏移，而频域仪器一般限定在100MHz范围内。针对数字域常见的差分信号，示波器可以采用高阻探头直接探测或者采用2个通道输入再进行差分运算，无需额外的附件Balun(巴伦)。

当然实时示波器还可以直接测量传递到数据信号上的相位噪声。实时示波器还有强大的数据存储和记录能力可以保存波形用于传统的数字分析工具比如PCIExpress 标准的CLK Jitter Tool等。

功能单元测试测试中非常重要的一项是信号完整性测试，特别是对于高速信号，信号完整性测试尤为关键。

完整性的测试手段种类繁多，有频域，也有时域的，还有一些综合性的手段，比如误码测试。不管是哪一种测试手段，都存在这样那样的局限性，它们都只是针对某些特定的场景或者应用而使用。只有选择合适测试方法，才可以更好地评估产品特性。下面是常用的一些测试方法和使用的仪器。

（1）波形测试

使用示波器进行波形测试，这是信号完整性测试中最常用的评估方法。主要测试波形幅度、边沿和毛刺等，通过测试波形的参数，可以看出幅度、边沿时间等是否满足器件接口电平的要求，有没有存在信号毛刺等。波形测试也要遵循一些要求，比如选择合适的示波器、测试探头以及制作好测试附件，才能够得到准确的信号。图7.7是DDR在不同端接电阻下的波形。

图7.7DDR在不同端接电阻下的波形

常见的示波器厂商有是德科技、泰克、力科、罗德与施瓦茨、鼎阳等等。

（2）时序测试

现在器件的工作速率越来越快，时序容限越来越小，时序问题导致产品不稳定是非常常见的，因此时序测试是非常必要的。一般，信号的时序测试是测量建立时间和保持时间，也有的时候测试不同信号网络之间的偏移，或者测量不同电源网络的上电时序。测试时序基本都是采用的示波器测试，通常需要至少两通道的示波器和两个示波器探头（或者同轴线缆）。图7.8是测量的就是保持时间：

图7.8保持时间测试

（3）眼图测试

眼图测试是常用的测试手段，特别是对于有规范要求的接口，比如USB、Ethernet、PCIE、HDMI和光接口等。测试眼图的设备主要是实时示波器或者采样示波器。一般在示波器中配合以眼图模板就可以判断设计是否满足具体总线的要求。图7.9就是示波器测试的一个眼图：

图7.9示波器测试眼图

4）抖动测试

抖动测试现在越来越受到重视，常见的都是采用示波器上的软件进行抖动测试，如是德科技示波器上的EZJIT。通过软件处理，分离出各个分量，比如总体抖动（TJ）、随机抖动（RJ）和固有抖动（DJ）以及固有抖动中的各个分量。对于这种测试，选择的示波器，长存储和高速采样是必要条件，比如2M以上的存储器，20GSa/s的采样速率。不过目前抖动测试，各个公司的解决方案得到结果还有相当差异，还没有哪个是权威或者行业标准。图7.10是使用是德科技的分析软件测量的抖动：

图7.10抖动测试

5）阻抗（TDR）测试

阻抗测试主要是针对PCB(印制电路板)信号线、线缆、连接器和各类器件阻抗的测试。不管是高速信号还是高频信号，都希望传输路径都均匀变化的，所以基本上都要求进行阻抗测试。一般情况，都是采用专用采样示波器进行阻抗的测试。但是采样示波器测试阻抗时，容易被静电损坏，所以对使用环境要求很高。现在很多公司都采用的是带阻抗测试功能的网络分析仪进行阻抗测试。这样就可以在同一台测试仪器上进行时域阻抗和频域损耗的测试。阻抗测试波形如图7.11所示。

图7.11阻抗测试

6）频域测试

这里所说的频域测试一般只测试损耗测试、串扰测试等等。损耗的类型一般是指插入损耗、回波损耗。对于很多串行总线都会有一些针对损耗的具体要求，图7.12是USB3.0线缆的对插入损耗的要求：

图7.12 USB线缆的插入损耗要求

对于PCB走线、连接器或者电缆等，都可以使用网络分析仪来测试其频域参数。图7.13就是对PCB进行插入损耗测试的结果：

图7.13插入损耗测试结果

7）误码测试

工程师设计产品时，都希望不存在任何问题，希望产品能在正常使用时可以持续不断的使用，而不是时不时的重启或传输的信号是错误的。误码率测试就是给定一定的码流，再测试接收到的码流的正确率。误码测试是系统测试，可以是硬件测试，也可以是软件测试。一般，对于有条件的公司，都建议使用硬件测试，就是采用专业的误码仪进行测试。图7.14为是德科技的误码测试仪。

图7.14误码测试仪

信号完整性测试并不是只有这些，其实还包括了一些比如辐射频谱测试、频域阻抗测试、效率测试等等。实际中如何选用这上述测试手段，需要根据被测试对象进行具体分析，不同的情况需要不同的测试手段。比如有标准接口的，就可以使用眼图测试、阻抗测试和误码测试等，对于普通硬件电路，可以使用波形测试、时序测试，设计中有高速信号线，还可以使用TDR测试。对于时钟、高速串行信号，还可以抖动测试等。

另外随着技术的发展，越来越多的仪器趋向于功能多样化，比如示波器不仅仅可以测试信号的波形质量、时序和眼图，还可以测试频谱图；网络分析仪不仅仅可以测试插入损耗、回波损耗、串扰等频域曲线，还可以测量时域阻抗。工程师们在使用仪器时，可以多研究下测试对象以及仪器。尽可能的在节约成本的情况下，还能高效有质量的完成测试要求。

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来源：硬件十万个为什么