通过眼图和BER测试分析高速串行链路的信号质量

2012-08-10 16:50:23来源: 21ic

  无论是连接客户端路由器的千兆以太网接口,还是输出到显示器的低电压差分高清视频信号,在高速串行链路上获得无误码数据是一个巨大挑战。从用户角度看,衡量数字通信系统的基本指标是误码率(BER),它从统计学角度提供了一个评估整体系统失真度的指标,但有效的BER测试非常复杂,是一件成本极其高昂的工作。BER测试对于用户很有用,但对工程师查找出错原因毫无帮助。眼图对于数字通信/网络工程师而言已经成为不可或缺的工具,特别是在数字示波器商用化以后。眼图相对于BER测试的显著优势是能够发现问题的根源并进行改善。

  眼图测试

  早期使用模拟示波器时,工程师利用不同的输入信号描述抖动变化。目前的数字示波器增加了附加功能可完成这一测试。Tektronix的CSA8000可以设置采样时间长度,产生时间抖动和幅度变化的直方图,列出每个参数的统计数据,如均值、中值和方差。简而言之,它能提供足够的数据估算BER,CSA8000提供的规一化统计数据为高斯函数。


  对于没有时序抖动的通道来说,每个间隔采样值的跳变点发生在同一时刻。但是,由于存在抖动,跳变点会发生变化(图1)。抖动包括随机性抖动(RJ)和确定性抖动(DJ)。随机性抖动没有限制,可以用高斯随机变量描述。产生确定性抖动的原因有很多,而且是有限的。图1直方图是对总体抖动(TJ)的测量,它是随机性抖动和确定性抖动之和(TJ = RJ + DJ)。

  可以采用不同技术分离抖动的随机成分,也可以部分地估算BER。估算BER时要考虑随机抖动和确定抖动。但是,利用眼图无法达到BER的测试精度,不能完全取代BER测试。

  利用眼图估计BER

  张开的眼图说明数据失码率较低,系统运行正常。所以,理想眼图每次触发的采样值的跳变点发生在同一时刻。功能上,可以用理想的脉冲描述这些要求(图2)。随机抖动会导致跳变点随时间变化,可以用随机变量表示。最通用的随机抖动模型是高斯函数,实际系统可以用高斯分布很好地建模,高斯随机变量在数学角度也很容易理解,很多数字示波器(CSA8000)提供高斯统计功能。


  由于存在抖动,跳变点可以用概率函数表示,例如用高斯概率密度表示(图2)。另一种方法是可以用高斯随机变量对采样点建模,得到条件误码概率,两种方法给出的答案相同,图2中a2的概率密度函数是:

  a2是跳变点的平均值,z是随机变量,σ为方差或RMS值。为了得到随机变量没有误码的概率,对(1)进行积分。误码概率即是曲线下面的区域。这个区域代表a2的采样结果是a1或a3,或者是a1和a3的跳变点被采样为a2。

  随机变量a2在曲线下方的面积是:

(2)

  和

(3)

  总的误码概率是两个等式之和再乘以2,因为条件概率与a1和a3相关,假设a2的条件概率对称。

(4)

  为了得到a2的误码概率,从a1到无穷大、从a0到负的无穷大对(4)进行积分。考虑到对称性,可以简化得到(5)。

  求解(5)实际上对该式求解并无必要,CSA8000的直方图可以按照高斯随机变量提供规一化的统计数据。高斯统计数据只需要两个参量:均值和方差,方便易用。一般情况下,可以设置均值为零,这样就剩下一个参量。

  方差代表随机抖动,如果希望将随机抖动与确定性抖动分离开,必须给系统输入一个已知模板,然后对采样值区平均后消除随机抖动。假设噪声和随机抖动表现为零均值的高斯随机分布,对采样值取平均后能够消除随机抖动,剩下的只有确定性抖动。然后,可以修改包括确定性抖动的方差,用新的方差估算BER。

  得到方差后,可以计算从均值到下一个采样间隔之间z值的方差,统计函数提供了偏离均值的概率。由于按指数函数衰减,6σ给出的误码概率接近10亿分之一,7σ给出的误码概率接近1万亿分之一。如果没有σ表格,则可以在适当的限制条件下求解式(5)。

关键字:BER  测试分析  串行链路  信号质量

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2012/0810/article_5640.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
BER
测试分析
串行链路
信号质量

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved