HyperTransport正成為芯片間通信最流行的鏈路之一。它提供了靈活的互連結構，這種結構是為降低系統內部的總線數量而設計的，它可以擴充速度，滿足許多應用需求。從嵌入式系統到個人電腦和服務器，到網絡設備和超級計算機，各種應用中都已經采用這種技術[1]。隨著HyperTransport不斷出現在越來越多的平臺中，系統工程師要求完善的調試工具，協助進行檢驗。在大多數情況下，許多工程師選擇邏輯分析儀" title="邏輯分析儀">邏輯分析儀，作為首選的調試工具。邏輯分析儀可以采集深記錄，并提供了高級觸發功能，確定總線上的特定事件。在試圖調試HyperTransport鏈路時，工程師面臨的最大的挑戰之一是在邏輯分析儀和目標系統之間進行物理連接。HyperTransport通路目前能夠以高達2.4Gb/s的速率運行。在這些速度時，邏輯分析儀探測連接可能是進行成功測量的關鍵環節。探頭的電負荷等因素可能會中斷系統，單純由于探頭而導致HyperTransport協議中發生錯誤。此外，探測互連的短線長度會由于探頭尖端上的信號失真，而限制邏輯分析儀能夠成功地采集HyperTransport 數據的速度。這些因素使人們把重點轉向高級探測技術。

在歷史上，邏輯分析儀和目標信號之間的連接通過標準連接器實現。這個連接器作為到目標信號的電氣和機械連接。由于目標信號和裝在探頭中的探頭尖端電路之間短線的電長度相對較大，連接器本身的物理尺寸會限制其性能?；谶B接器的探測系統能夠成功地采集高達400Mb/s的數據，支持1.5pF的同等電容負荷。隨著HyperTransport數據速率" title="數據速率">數據速率演進到幾千兆位，基于連接器的探測系統是不夠的。為解決這個問題，人們采用了無連接器" title="無連接器">無連接器探測技術。無連接器探測技術采用壓縮彈簧針腳互連，消除了連接器。彈簧針腳互連直接連接到目標信號上的表面封裝襯墊" title="襯墊">襯墊。通過縮小互連結構的物理尺寸，這會降低目標信號和探頭尖端電路之間的短線長度。這種新式探測互連允許邏輯分析儀成功地采集高達2.4Gb/s的HyperTransport 數據，在目標信號上支持最低450fF的同等電容負荷。

圖1.? FuturePlus Systems已經采用安捷倫科技 的軟接觸" title="軟接觸">軟接觸探測技術
實現2.4Gb/s 的HyperTransport 分析功能。

基于連接器的探測

基于連接器的探測對絕大部分HyperTransport 調試應用一直是足夠的。但是，隨著HyperTransport的數據速率超過2G/bs，連接器本身的電寄生信號將限制目標和分析儀可以實現的數據速率?；谶B接器的探測的主要局限性是目標信號和探頭尖端電路之間的電長度。這個電長度主要由連接器結構本身構成。這一長度代表著不想要的短電線。由于連接器同時作為目標信號的電氣連接和機械連接，因此它必須采用相對較大的結構，以提供機械強健性。這條短電線給目標信號帶來了負荷。此外，目標信號為到達探頭尖端電路必須經過的短線將使分析儀看到的信號失真。這直接影響分析儀的測量功能，因為它不觀測實際目標信號代表的信號。連接器短線本身將決定目標信號上的負荷及分析儀可以實現的最大數據速率。采用基于連接器的互連的當前HyperTransport 分析探頭可以實現高達400Mb/s的速率。

圖2. FuturePlus Systems提供的FS2241基于連接器的HyperTransport 探頭實現了高達400Mb/s的數據速率。主要限制來自基于連接器的互連的物理尺寸。

無連接器探測

HyperTransport 探測技術的最新發展是安捷倫科技公司的軟接觸無連接器探測技術應用。在無連接器探測中，HyperTransport 通路路由通過目標信號上的小型表面封裝襯墊 (SMT)。機械保留模塊使用四個穿孔針腳手動焊接到目標PCB上。保留模塊對準、并把軟接觸彈簧針腳壓縮到SMT襯墊上，形成電氣連接。由于電氣連接(彈簧針腳)和機械連接(保留模塊)被解耦，因此可以使用小得多的電氣互連。通過這一操作，探頭電路的尖端電阻器可以在物理上更接近被探測的目標。這降低了目標信號和尖端電阻器之間短電線的長度，從而降低了目標信號上的寄生負荷，改善了探頭觀測的信號質量。這兩個因素都提高了HyperTransport 分析探頭的性能。

圖3.? FuturePlus Systems提供的FS2243 無連接器HyperTransport 探頭采用安捷倫的軟接觸探測技術。軟接觸無連接器技術允許分析探頭采集高達2.4 Gb/s的數據。

在基于連接器的探頭和無連接器探頭中，尖端電阻器的值相同(226歐姆)。這兩種探頭之間唯一的差異是由于互連出現的短電線。這一互連擁有寄生電容和電感，會給目標信號帶來負荷，降低分析探頭的性能。下圖是FS2441基于連接器的HyperTransport 探頭與采用軟接觸探測技術的FS2443的輸入阻抗比較圖。從這個模型中，可以確定每個探頭的同等寄生電容。在連接到HyperTransport 信號上時，基于連接器的探頭的操作類似于接地的1.5pF電容器。無連接器探頭類似于接地的450fF電容器。通過朝向軟接觸探測互連移動，目標信號上的電容負荷下降了300%以上。本圖還說明了互連中寄生電感的效應。寄生電感和電容將形成諧振，阻止目標信號進入探頭。在這一頻率上，分析探頭停止觀察信號，其輸入阻抗開始提高。在基于連接器的探頭中，這發生在3.5GHz上。這對2.3Gb/s以上的數據速率是一個問題，因為探頭沒有觀察目標信號的第三個諧波。這會導致分析探頭的性能下降。在無連接器探頭中，諧振頻率高于6GHz，對2.4Gb/s速率運行的HyperTransport鏈路沒有任何影響。

圖4.? 通過把尖端電阻器移動到距目標信號更近的地方，無連接器探測降低了負荷。兩種探頭樣式的輸入阻抗圖說明在HyperTransport 調試中采用軟接觸無連接器探測的優勢。

軟接觸彈簧針腳技術還有一系列機械優勢。微型彈簧針腳擁有四點冠狀尖端專利技術，它會刺穿目標襯墊上氧化物和雜質。這允許彈簧針腳在所有標準PCB表面工作，如有機涂層和HASL。為保證機械連接，不要求昂貴的工藝，如鍍金。此外，不需要清潔流程清除雜質。這較其它壓縮互連是一個明顯改進，如橡膠體或C形彈簧，這些壓縮互連要求專用表面和清潔流程來準備目標襯墊。

此外，每個軟接觸互連都是一個單獨的彈簧針腳。這可以提高互連的一致性。彈簧針腳能夠適應從彈簧針腳到彈簧針腳高達0.030”的一致性，保證在非平面表面上實現強健的電連接。非平面表面一般源自層數很低的PCB。普通商用主板一般使用4層PCB降低成本。由于HyperTransport是為計算系統專門設計的，分析探頭必須能夠在非平面環境中工作，而不需專門考慮。軟接觸技術在所有應用中采用相同的體積和保留模塊。為保證目標上的平面性，其不需要專門考慮。其它壓縮互連如橡膠體或C形彈簧要求額外的硬化板放在探測空間的背面，以保證平面性。由于這些樣式的壓縮互連的一致性要低得多(>0.006”)，用戶要承擔提供平面表面的負擔。

圖5.? 軟接觸彈簧針腳技術較基于連接器的探頭提供了杰出的機械強健性。連接器一般保證插入連接50-100次，而軟接觸互連則至少可以達到500次。

小結

隨著HyperTransport在計算機系統中的采用量持續提高，數字系統設計人員將轉向采用邏輯分析儀作為主要調試工具。為利用邏輯分析儀的全部測量功能，必須認真選擇與HyperTransport鏈路的物理連接。直到最近，基于連接器的HyperTransport 探頭一直成功地滿足了工程師的需求。但是，隨著HyperTransport進入幾千兆位時代，需要采用新的探測技術。通過使用軟接觸探測技術，FuturePlus System成功地創建了能夠以2.4Gb/s速率捕獲HyperTransport的分析探頭。探測技術的這一發展使得工程師能夠成功迅速地調試HyperTransport鏈路，并對探測連接樹立信心。

###

參考資料

1)??????? HyperTransport Consortium, www.hypertransport.org

2)??????? FuturePlus Systems, www.futureplus.com

作者簡歷

Brock J. LaMeres在1998年從蒙大納州立大學獲得電子工程學士學位，在2001年從科羅拉多大學獲得電子工程碩士學位。他目前正在科羅拉多大學攻讀物理學博士學位，其研究方向是下一代IC使用的高速IO。LaMeres現任安捷倫科技Colorado Springs硬件設計工程師，負責設計邏輯分析儀探頭和高速傳輸系統。