衛星在軌工作需要多個系統相互配合，這就需要形同“大腦”的電子控制系統協調運轉，其中包含了電源，處理單元，存儲，顯示，低速控制總線和高速傳輸總線等部分。

衛星產品對信號完整性（SI）和電源完整性（PI）測試有著極為嚴格和特殊的需求，這主要源于其嚴苛的工作環境、極高的可靠性要求及復雜的系統特性。SI/PI測試是保障衛星在軌長期穩定運行和任務成功不可或缺的關鍵環節，貫穿于衛星產品的設計、研制、地面驗證及在軌測試的全生命周期。

PART-01

衛星的常見高速接口與總線

對于衛星載荷，常見的高速接口與總線包括SpaceWire、LVDS、TLK2711、光纖接口、PCI Express、SATA、DDR等。

SpaceWire是一種高速、低功耗的數據通信網絡標準，基于IEEE 1355-1995，標準定義于ECSS-E51-12A，已被ESA/NASA/JAXA等組織采用。在衛星系統中被廣泛應用于不同模塊之間的連接，用來連接航天器中的存儲單元、攝像頭、設備等各子系統模塊。

衛星通信接口系統示意圖

PART-02

信號完整性測試

01信號完整性的重要性

信號完整性測試主要關注高速數字信號在傳輸過程中的信號質量，涉及對波形、時序、抖動和眼圖等的精密測量。其應用關鍵在于保障衛星上各類高速數據總線（如星間鏈路、有效載荷數據接口）和通信信號的準確性及可靠性，防止因信號失真、反射或串擾導致數據誤碼或系統功能異常。

高速數據通信時的信號流程如下圖所示。在Tx發射端，芯片輸出信號質量較好，眼圖睜開很大。信號在PCB信道傳輸過程中，由于信道的阻抗匹配、損耗、帶寬受限等因素，會被明顯的惡化。當信號傳輸到接收端Rx時，信號抖動增大，產生碼間串擾ISI，此時查看接收端信號眼圖，眼圖睜開程度明顯減小，甚至閉合。不同的通信協議為了應對此現象，會在發送端或接收端使用不同形式的信號補償（均衡）技術，重新將眼圖打開，保證信號的正確接收和判決。

高速數字信號傳輸過程示意圖

示波器作為工程師的“眼睛”，是對通信鏈路中各個環節的信號測試的有力工具。R&S示波器可以提供豐富的信號完整性分析軟件，包括眼圖分析、抖動分析、均衡、嵌入、去嵌入、協議觸發與解碼、時域反射計TDR等。

02眼圖測試和眼圖模板

眼圖是評價數字通信系統性能的常用方法，它體現了數字信號的總體質量并包含豐富的信息。眼圖測試廣泛應用于高速通信總線，工程師也經常使用示波器來查看眼圖，判斷碼間串擾和噪聲對系統的影響。

R&S RTP和RTO6示波器的K136/K137高級眼圖選件可支持8Gbps、16Gbps速率的眼圖測試分析，支持自定義信號比特速率、支持CDR時鐘恢復設置，簡單設置，快速眼圖查看，支持自動測量眼高、眼寬、上升/下降時間等參數。具備自定義模板Mask測試，可以將眼圖結果與模板Mask進行比較并判斷是否合格。對于有違反模板的眼圖，可以快速定位到違規的比特。

眼圖測試與眼圖模板

03均衡

為了解決信號傳輸到接收端惡化的情況，一種方式是采用數字信號處理技術來對應補償信號的高頻分量和低頻分量，抵消信道的頻率選擇性衰減，這就是均衡技術。高速總線協議往往采用該技術來優化鏈路信號質量，在接收端重新將惡化的眼圖打開，保證信號的正確接收和判決。

R&S RTP和RTO6系列示波器的K126選件支持嵌入與均衡功能，具備在發送端模擬FFE（實現預加重或去加重），在接收端模擬CTLE和DFE，此外還能模擬通道的損耗（例如，嵌入芯片封裝或PCB走線或長電纜的傳輸損耗）。

使用RTx示波器K126均衡選件測試設備眼圖

04抖動測量與分解

信號抖動過大會顯著惡化誤碼率，從而降低系統性能。工程師在設計時需要充分考慮和規劃信號在傳輸過程中各鏈路段的抖動裕量，從而達到系統的總體抖動要求。

R&S RTP和RTO6示波器可以提供基本抖動分析選件K12以及高級抖動分析選件K133、高級抖動與噪聲分析選件K134。可以幫助用戶分析時鐘的周期、頻率等統計值，自動統計時間間隔誤差TIE（Timing Interval Error）。如果TIE曲線呈現出周期性變化規律，還計算出該周期或查看TIE頻譜曲線，以計算該周期性抖動，從而與設計相關聯。還可以實現抖動分解，將總體抖動（TJ）分解為不同類型的分量，如占空比失真DCD、數據相關抖動DDJ、周期性抖動PJ等，了解不同抖動的分類和大小，對于工程調試有重要意義。

使用K12和K133/K134抖動分析選件測試TIE抖動及高級抖動/噪聲分解

05去嵌入

如果需要進一步減小線纜、夾具等連接不確定性所帶來的損耗，可以使用示波器的去嵌入功能，以補償傳輸通道帶來的影響。

RTP和RTO6示波器配置K121、K122選件后，可具備去嵌入功能。可實現實時去嵌入，響應速度快，可以針對補償后的信號進行觸發。

06TDR阻抗測量

工程師在系統調試、故障定位過程中經常會用到TDR時域反射計。使用TDR不僅可以識別出PCB中鏈路中阻抗變化的位置，還可以得到阻抗變化的大小。使用RTP和RTO6示波器的K130選件并配合RTx-B7差分脈沖源以及專用TDR探頭即可進行TDR測量。

使用RTx示波器的TDR功能檢測PCB電路板

07串行總線協議觸發與解碼

R&S示波器支持多種串行總線協議的觸發與解碼功能，例如RTP、RTO6、MXO4和MXO5的K530選件支持SpaceWire總線觸發與解碼功能。可以實現最多4路總線解碼，支持解碼表顯示，多種總線觸發條件包括起始、停止、標簽+數據、錯誤條件等觸發類型，觸發基于硬件完成，觸發快速精準，具備信號及解碼表的搜索標記功能。

SpaceWire總線觸發與解碼功能

08一致性測試

高速總線通常會涉及到物理層一致性測試，例如幅度、時序、抖動、模板等，并且為這些測試項目規定了限制值，以驗證被測件的信號質量是否符合規定，即Pass/Fail測試。測試規范由國際上不同的技術組織聯盟推出的指導文檔所規定，例如DDR的相關測試規范由JEDEC確定，PCIE的測試內容則由PCI-SIG規定。

在進行一致性測試中，通常需要示波器、自動化測試軟件、探頭或線纜、夾具以完成時域相關參數的測量。 R&S示波器具備豐富的協議物理層一致性測試方案。例如10/100/1000M以太網、MG以太網、汽車以太網、DDR3（LPDDR3）、DDR4（LPDDR4）、DDR5（LPDDR5）、USB、PCIE、MIPI D-PHY等，并且針對部分協議測試提供符合認可的夾具，以方便被測件連接。

PCIE總線一致性測試示意圖及測試軟件界面

PART-03

電源完整性測試

01電源完整性概述

電源完整性測試聚焦于衛星電源分配網絡（PDN）的性能，需要精確測量電源母線上的噪聲、紋波及負載動態變化時的瞬態響應。其應用直接關系到衛星上各單機和敏感芯片提供的電源是否穩定和潔凈，旨在避免因電源質量問題引發系統邏輯錯誤、性能下降甚至復位。

衛星電源分配網絡（PDN）框圖

02電源完整性測試內容

電源完整性的測試內容主要有：

?Tolerance容限分析 (最壞情況分析)；

?PARD（周期性和隨機性擾動），主要為噪聲，紋波和瞬態；

?電源低頻漂移；

?靜態和動態負載響應；

?射頻模塊組件引起的干擾，高速數字線路引起的串擾/EMI干擾等。

03R&S電源完整性測試方案

1.高性能示波器（MXO4, MXO5, RTO6, RTP）：

①最高500uV/div輸入靈敏度，不受帶寬限制，也無需放大顯示；

②創新數字觸發和采集系統，具備高觸發靈敏度，波形捕獲率最高達450萬波形/秒，短時間內捕獲足夠多的樣本，迅速發現故障；

③具備頻譜分析能力，頻域模板觸發及自動Peak List顯示，完美實現EMI診斷功能； 

④一個探頭連接可同時查看信號時域和頻域特性，進行時頻域聯合分析，減少多個探頭連接查看帶來的負載影響。

 2.R&S RT-ZPR20/ZPR40專用電源完整性測試探頭：

①測試帶寬高達2GHz/4GHz，1:1衰減比，相對于10:1探頭能夠獲得更小的噪聲，提升垂直準確度，高帶寬助力捕獲高頻干擾和噪聲；

②業內最大±60V偏置補償能力，無需示波器設置AC耦合隔直，直接測量±60V范圍內電源信號，有利于評估電源低頻漂移；

③探頭的內部集成高靈敏度數字電壓表，方便用戶隨時快速查看電壓值變化；

④±850mV測試動態范圍，滿足用戶測試需求；

⑤完備的探接前端，豐富的連接附件便于用戶快速、穩定連接被測信號。

RT-ZPR20/ZPR40電源完整性探頭

結 語

在衛星產品的信號完整性與電源完整性測試中，示波器扮演著不可替代的“診斷醫生”角色。它們的核心價值在于為工程師提供一雙能精準洞察信號與電源質量的眼睛。

對于信號完整性，示波器通過進行眼圖、抖動和時序分析等，直接驗證高速總線（如星間鏈路）的數據可靠性，確保在極端溫度、振動等空間環境下，指令與科學數據能無失真地傳輸。

對于電源完整性，示波器的關鍵任務是精確測量電源母線上微小的紋波、噪聲及動態負載下的瞬態響應，從而保障為星上敏感芯片提供的電力穩定潔凈，從根本上避免因電源問題導致的系統邏輯錯誤或性能下降。而要獲得這些關鍵數據，探頭的選擇至關重要，使用專用的電源完整性探頭能精準捕獲高速信號而不引入失真，并且可以準確對微小的電源紋波噪聲進行測量。

使用R&S的示波器和探頭，通過精確的聯合分析，幫助工程師在地面階段最大限度地暴露和解決潛在隱患，極大地提升了衛星在軌長期運行的可靠性與任務成功率，是確保衛星“神經系統”與“血液循環系統”健康的關鍵工具。