图2 高速背板无源测试连接图示
仪器测量得到单端S参数之后，还需要将他们转换为平衡的S参数，才能体现差分设备的性能。当被测设备具备线性无源的结构时，这种特殊条件就使得从单端S参数到平衡S参数的数学转换成为可能。PCB迹线、背板、电缆、连接器、IC封装和其他的互连结构都属于线性无源结构。根据线性叠加理论，将图3左边矩阵中所有的单端S参数处理并映射到右边矩阵中的差分S参数，然后根据这些差分S参数就能深入研究差分设备的性能，包括设备对EMI的易感性和EMI辐射大小。
在考察设备性能时，差分损耗SDD21通常更为直观。SDD21是差分信号通过设备时的频率响应。当频率较低时，微孔和标准通孔的性能相近。但当频率较高时，微孔结构对信号的衰减明显小于标准通孔。这就意味着微孔的通道结构使得高频信号通过时不会被严重衰减，其结果必然导致眼图张得更开。而标准通孔在高频时，其衰减要大于微孔。
第二组曲线可能直观性稍差，但它对我们的分析同样重要。差分反射损耗（SDD11）所描述的是每个结构中在不同频率下产生的反射的大小。同样，两种通孔结构的低频响应十分类似。但在12GHz 到 20 GHz的频率上，标准通孔的反射要高于微孔。反射是由于对阻抗环境的控制不佳造成的，反射零点之间的距离与结构中谐振腔之间的距离有关。在标准通孔中，反射零点之间的距离与通孔根的长度有关。
图3 高速背板互连的频域参数（S参数）和时域参数（TDR参数）表征
物理层测试系统
高速背板互连的时域和频域综合分析变得越来越重要，如果单一测试解决方案能够全面描述差分高速数字互连的特性，那么就能够更好的满足实际使用的需求。物理层测试系统PLTS就是为这一目的而设计的。PLTS软件能够引导使用者完成硬件的设置和校准，控制数据采集，使用已获专利的变换算法自动地在频域和时域表示在所有可能的互连工作模式（单端、差分、共模和模式转换）下所得到的前向和后向、传输和反射的测试数据。PLTS软件强大的虚拟码型发生器功能可以把用户定义的二进制序列应用到被测的数据上，形成模拟的眼图，直观评估互连的好坏。PLTS软件还可以提取高精度的RLCG模型，用来提高建模和系统仿真的精度。
PLTS可以基于TDR或VNA硬件平台，主要不同之处是性能，基于VNA提供更高的带宽选择、更高的幅度和相位精度和稳定度、更高动态范围（信噪比）和先进的校准（纠错）技术。如果在测试时非常关注测试结果的精度和可重复性，需要选择VNA。
时域分析：使用者通常从混合模式时域开始使用PLTS。开始时，PLTS将显示16种参数的小图，表示四种互连工作模式：差分、共模及两种模式转换类型（共模激励下的差分响应，差分激励下的共模响应）。在任何小图上双击鼠标，将把选择的参数扩大到全屏，以进行进一步分析。
频域分析：使用者可以点击选项开始混合模式频域分析，同样出现16种参数的小图，同样表示四种互连工作模式下的参数，只是是频域参数，双击扩展到全屏可以进一步分析。
眼图仿真：通过使用内置数字码型发生器功能，使用者可以定义虚拟码型（最宽：232-1位）。然后，PLTS把所选择的码型和被测器件的脉冲响应卷积形成精确的基于测试结果的仿真眼图。这消除了对硬件脉冲/码型发生器的需求，灵活性强，可以进行大量的“如果发生了……，可能会产生怎样的结果”的分析。在产生眼图后，可以使用信号光标指示功能，进行典型的测量，如抖动，眼图张开、上升时间和下降时间等。
RLCG模型提取：RLCG（电阻、电感、电容和电导）模型描述了无源传输线的等效电路模型。从互连测量的S参数中，PLTS技术R、L、C、G，复数传播常数及复数特性阻抗，这提供了高度精确、基于测试结果的耦合传输线模型，可以导出导建模和仿真软件中，如ADS、HSPICE等。
图4 物理层测试系统PLTS从时域、频域、眼图和建模角度进行互连的高级测试和分析
高速背板有源测试分析：眼图、抖动、码间干扰和均衡
无源测试分析注重表征高速背板互连系统的电气性能，是性能参数，但是对于这样的性能参数到底能够传输多高速率的信号，或设计的高速背板能否满足目标信号传输的要求，还是没法直观的测试出来，所以还需要进行有源测试。图5是高速背板有源测试的连接图示。使用一台能够增加各种抖动（RJ、DJ、ISI、PJ等）和预加重的码型发生器产生需要的串行信号去激励背板，信号通过背板后用示波器进行波形捕获、测量和分析。其中，需要进行均衡分析，因为6.26Gbps～10Gbps的高速信号通过背板后，眼图一般不能打开，需要使用示波器的均衡软件，模拟接收芯片内的均衡器，以打开眼图，然后测试眼图参数。
