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深入淺出談高速串行信號測試(二)
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未知
摘要: 在這篇文章中我們深入討論一下高速信號中最主要的方面——抖動。在上一篇中我們知道現在數字電路發(fā)展的趨勢是并行向串行發(fā)展,而串行速率也在不斷的提高
Abstract:
Key words :

在這篇文章中我們深入討論一下高速信號中最主要的方面——抖動。在上一篇中我們知道現在數字電路發(fā)展的趨勢是并行向串行發(fā)展,而串行速率也在不斷的提高,下圖是流行的串行總線發(fā)展趨勢圖:


圖:高速串行總線發(fā)展趨勢

抖動的定義:“信號的某特定時刻從其理想時間位置上的短期偏離為抖動”。
參考: Bell Communications Research, Inc (Bellcore), “Synchrouous Optical Network (SONET) Transport Systems: Common Generic Criteria, TR-253-CORE”, Issue 2, Rev No. 1, December 1997

分析一下抖動的定義,有兩個要點:抖動是時間的誤差;抖動是實際與理想之間的誤差。因此,在測試抖動的時候,我們需要明確這是一個時間量的測試;并且需要找到與之比較的理想信號。

越來越快的數據率意味著承載信息的比特位的時間長度(Unit Interval)會越來越短。對于1Gbps的LVDS信號,100ps Pk-Pk的抖動也許不算什么;但是對于PCIE Gen2.0,100ps pk-pk的抖動意味著會占據一半的UI。而Receiver數據采樣點恰好位于50%UI的位置,100ps的抖動對PCIE Gen2是不能接受的。

抖動的類型有很多,不同的定義之間會有很大的差別。通常我們會在“抖動”這個術語前面增加一些限定詞:如TIE抖動、cycle-cycle抖動、period jitter等。根據抖動的測試對象不同,我們可以簡單的把抖動分為時鐘抖動、數據抖動;時鐘抖動中可以細分為period jitter、cycle-cycle jitter;數據抖動主要是TIE。

TIE(Time interval Error)顧名思義及時數據信號各個條邊沿和理想信號條邊沿之間的差異。那么何謂理想的信號呢?我們想象一個數據率為2.5Gbps的理想信號,其一個UI的寬度是數學意義上的400ps;實際的測試值多少會偏離這個理想的情況。在實際的工程應用中,理想的數據都是通過CDR之后的得到的clock來計算的。我們可以回憶一下上一節(jié)討論到的CDR的意義。


圖:數據TIE的定義。t1,t2,t3...為TIE樣本

我們在實際工作中是怎么測量抖動的呢?Long long ago, there was no jitter analysing software...


圖:利用示波器基本功能進行抖動測試

利用觸發(fā)將信號穩(wěn)定在示波器上,測量觸發(fā)邊沿下一個周期的、過參考電平處的信號分布。圖上藍色的圖形(直方圖)反映了抖動的分布。可以測量直方圖的pk-pk,RMS,Mean等等。這種方法簡單易行,新老咸宜,既是使用最老信號的Tek示波器都可以做出這樣的測試。但是這種測試方法存在的很大的誤差,測試的時間越長、積累的波形越多,抖動的pk-pk就會越大。因此,這種測試方法僅僅適合粗略的觀測。回顧一下TIE抖動的定義,就會明白這里并沒有涉及到理想的信號。

另外一種方法是利用到示波器的內存長度,結合分析軟件,對示波器所采集的信號進行抖動測試以及分析。例如Tek提供的DPOJET抖動、眼圖和時序測試平臺軟件,除了能夠完成各種類型抖動測試之外,還提供了分析的抖動分析功能。


圖:抖動分析

這張樹狀圖是最基本的抖動分析圖,將最終系統(tǒng)的誤碼率分解為兩個部分:總抖動和總噪聲。在總抖動中,根據引起抖動的不同原因,又將抖動分為隨機抖動和確定性抖動。

隨機抖動(Random Jitter)在統(tǒng)計上服從高斯分布,其干擾源可能是存在在芯片中成千上萬個MOS管中正在的向空穴中移動的電子;或是外在的背景輻射噪聲。(最好祈禱隨機抖動不要太大,否則很難保證系統(tǒng)誤碼率指標)

確定性抖動處理起來就好辦多了,畢竟他們都是有章可循的。每一種確定性抖動都會對應著固定的干擾源,我們從他們的名字上就能知道他們所代表的含義,不是么?

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