HyperTransport正成为芯片间通信最流行的链路之一。它提供了灵活的互连结构，这种结构是为降低系统内部的总线数量而设计的，它可以扩充速度，满足许多应用需求。从嵌入式系统到个人电脑和服务器，到网络设备和超级计算机，各种应用中都已经采用这种技术[1]。随着HyperTransport不断出现在越来越多的平台中，系统工程师要求完善的调试工具，协助进行检验。在大多数情况下，许多工程师选择逻辑分析仪" title="逻辑分析仪">逻辑分析仪，作为首选的调试工具。逻辑分析仪可以采集深记录，并提供了高级触发功能，确定总线上的特定事件。在试图调试HyperTransport链路时，工程师面临的最大的挑战之一是在逻辑分析仪和目标系统之间进行物理连接。HyperTransport通路目前能够以高达2.4Gb/s的速率运行。在这些速度时，逻辑分析仪探测连接可能是进行成功测量的关键环节。探头的电负荷等因素可能会中断系统，单纯由于探头而导致HyperTransport协议中发生错误。此外，探测互连的短线长度会由于探头尖端上的信号失真，而限制逻辑分析仪能够成功地采集HyperTransport 数据的速度。这些因素使人们把重点转向高级探测技术。

在历史上，逻辑分析仪和目标信号之间的连接通过标准连接器实现。这个连接器作为到目标信号的电气和机械连接。由于目标信号和装在探头中的探头尖端电路之间短线的电长度相对较大，连接器本身的物理尺寸会限制其性能。基于连接器的探测系统能够成功地采集高达400Mb/s的数据，支持1.5pF的同等电容负荷。随着HyperTransport数据速率" title="数据速率">数据速率演进到几千兆位，基于连接器的探测系统是不够的。为解决这个问题，人们采用了无连接器" title="无连接器">无连接器探测技术。无连接器探测技术采用压缩弹簧针脚互连，消除了连接器。弹簧针脚互连直接连接到目标信号上的表面封装衬垫" title="衬垫">衬垫。通过缩小互连结构的物理尺寸，这会降低目标信号和探头尖端电路之间的短线长度。这种新式探测互连允许逻辑分析仪成功地采集高达2.4Gb/s的HyperTransport 数据，在目标信号上支持最低450fF的同等电容负荷。

图1.  FuturePlus Systems已经采用安捷伦科技 的软接触" title="软接触">软接触探测技术
实现2.4Gb/s 的HyperTransport 分析功能。

基于连接器的探测

基于连接器的探测对绝大部分HyperTransport 调试应用一直是足够的。但是，随着HyperTransport的数据速率超过2G/bs，连接器本身的电寄生信号将限制目标和分析仪可以实现的数据速率。基于连接器的探测的主要局限性是目标信号和探头尖端电路之间的电长度。这个电长度主要由连接器结构本身构成。这一长度代表着不想要的短电线。由于连接器同时作为目标信号的电气连接和机械连接，因此它必须采用相对较大的结构，以提供机械强健性。这条短电线给目标信号带来了负荷。此外，目标信号为到达探头尖端电路必须经过的短线将使分析仪看到的信号失真。这直接影响分析仪的测量功能，因为它不观测实际目标信号代表的信号。连接器短线本身将决定目标信号上的负荷及分析仪可以实现的最大数据速率。采用基于连接器的互连的当前HyperTransport 分析探头可以实现高达400Mb/s的速率。

图2. FuturePlus Systems提供的FS2241基于连接器的HyperTransport 探头实现了高达400Mb/s的数据速率。主要限制来自基于连接器的互连的物理尺寸。

无连接器探测

HyperTransport 探测技术的最新发展是安捷伦科技公司的软接触无连接器探测技术应用。在无连接器探测中，HyperTransport 通路路由通过目标信号上的小型表面封装衬垫 (SMT)。机械保留模块使用四个穿孔针脚手动焊接到目标PCB上。保留模块对准、并把软接触弹簧针脚压缩到SMT衬垫上，形成电气连接。由于电气连接(弹簧针脚)和机械连接(保留模块)被解耦，因此可以使用小得多的电气互连。通过这一操作，探头电路的尖端电阻器可以在物理上更接近被探测的目标。这降低了目标信号和尖端电阻器之间短电线的长度，从而降低了目标信号上的寄生负荷，改善了探头观测的信号质量。这两个因素都提高了HyperTransport 分析探头的性能。

图3.  FuturePlus Systems提供的FS2243 无连接器HyperTransport 探头采用安捷伦的软接触探测技术。软接触无连接器技术允许分析探头采集高达2.4 Gb/s的数据。

在基于连接器的探头和无连接器探头中，尖端电阻器的值相同(226欧姆)。这两种探头之间唯一的差异是由于互连出现的短电线。这一互连拥有寄生电容和电感，会给目标信号带来负荷，降低分析探头的性能。下图是FS2441基于连接器的HyperTransport 探头与采用软接触探测技术的FS2443的输入阻抗比较图。从这个模型中，可以确定每个探头的同等寄生电容。在连接到HyperTransport 信号上时，基于连接器的探头的操作类似于接地的1.5pF电容器。无连接器探头类似于接地的450fF电容器。通过朝向软接触探测互连移动，目标信号上的电容负荷下降了300%以上。本图还说明了互连中寄生电感的效应。寄生电感和电容将形成谐振，阻止目标信号进入探头。在这一频率上，分析探头停止观察信号，其输入阻抗开始提高。在基于连接器的探头中，这发生在3.5GHz上。这对2.3Gb/s以上的数据速率是一个问题，因为探头没有观察目标信号的第三个谐波。这会导致分析探头的性能下降。在无连接器探头中，谐振频率高于6GHz，对2.4Gb/s速率运行的HyperTransport链路没有任何影响。

图4.  通过把尖端电阻器移动到距目标信号更近的地方，无连接器探测降低了负荷。两种探头样式的输入阻抗图说明在HyperTransport 调试中采用软接触无连接器探测的优势。

软接触弹簧针脚技术还有一系列机械优势。微型弹簧针脚拥有四点冠状尖端专利技术，它会刺穿目标衬垫上氧化物和杂质。这允许弹簧针脚在所有标准PCB表面工作，如有机涂层和HASL。为保证机械连接，不要求昂贵的工艺，如镀金。此外，不需要清洁流程清除杂质。这较其它压缩互连是一个明显改进，如橡胶体或C形弹簧，这些压缩互连要求专用表面和清洁流程来准备目标衬垫。

此外，每个软接触互连都是一个单独的弹簧针脚。这可以提高互连的一致性。弹簧针脚能够适应从弹簧针脚到弹簧针脚高达0.030”的一致性，保证在非平面表面上实现强健的电连接。非平面表面一般源自层数很低的PCB。普通商用主板一般使用4层PCB降低成本。由于HyperTransport是为计算系统专门设计的，分析探头必须能够在非平面环境中工作，而不需专门考虑。软接触技术在所有应用中采用相同的体积和保留模块。为保证目标上的平面性，其不需要专门考虑。其它压缩互连如橡胶体或C形弹簧要求额外的硬化板放在探测空间的背面，以保证平面性。由于这些样式的压缩互连的一致性要低得多(>0.006”)，用户要承担提供平面表面的负担。

图5.  软接触弹簧针脚技术较基于连接器的探头提供了杰出的机械强健性。连接器一般保证插入连接50-100次，而软接触互连则至少可以达到500次。

小结

随着HyperTransport在计算机系统中的采用量持续提高，数字系统设计人员将转向采用逻辑分析仪作为主要调试工具。为利用逻辑分析仪的全部测量功能，必须认真选择与HyperTransport链路的物理连接。直到最近，基于连接器的HyperTransport 探头一直成功地满足了工程师的需求。但是，随着HyperTransport进入几千兆位时代，需要采用新的探测技术。通过使用软接触探测技术，FuturePlus System成功地创建了能够以2.4Gb/s速率捕获HyperTransport的分析探头。探测技术的这一发展使得工程师能够成功迅速地调试HyperTransport链路，并对探测连接树立信心。

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参考资料

1)        HyperTransport Consortium, www.hypertransport.org

2)        FuturePlus Systems, www.futureplus.com

作者简历

Brock J. LaMeres在1998年从蒙大纳州立大学获得电子工程学士学位，在2001年从科罗拉多大学获得电子工程硕士学位。他目前正在科罗拉多大学攻读物理学博士学位，其研究方向是下一代IC使用的高速IO。LaMeres现任安捷伦科技Colorado Springs硬件设计工程师，负责设计逻辑分析仪探头和高速传输系统。