满足串行总线信号完整性测量的特殊要求

2014-09-22 10:30:55来源: ednchina
       在设计、验证和故障排除等领域,串行总线技术对高性能示波器的性能提出了更高的标准。在这一系列更高的标准当中,高速数据速率只是一个起点,设计人员还需一套工具以支持关键信号完整性测量和眼图分析。

       对基于串行总线技术的信号完整性测量(如 PCI Express 2.0、Serial ATA III 和 HDMI 1.3)已成为设计人员测量工作的一个重要部分。当今串行总线发展的许多挑战既源于可观察范围内时间位移和眼图的问题,同样也源于波形的不理想状态(噪声、抖动和偏差)。串行标准带来了更窄的时间容差,要求测量工具具有前所未有的带宽和精确度。在满足上述要求的同时,现代测试工作还要求将测量设备本身带来的影响降到最低。

       一切从带宽开始

       大多数第一代串行总线结构的数据速率处于 2.5 Gb/s 到 3.125 Gb/

s 之间,这一速率对于如今的示波器算不上什么问题,因为绝大多数速率在 4 至 5 GHz 示波器似乎可以轻松满足这一要求。但是在信号保真度测量,特别是在上升时间的评判工作中,用户需要比此高得多的带宽,大多数标准机构都对这一需求有充分的认识。很多行业标准都要求示波器能在传输端管脚处精确捕捉总线操作基频的五次谐波,这样方能确保上升时间的测量精确度在 5% 以内。以第一代 PCI Express 为例,其 2.5 Gb/s 的数据速率相当于 1.25 GHz 的基频,将此乘以因数 5 便得到 6.25 GHz 的带宽要求,而采样率至少还应该是该频率的两倍或者更高。类似地,测试数据速率为 3.125 Gb/s 的 XAUI 要求示波器带宽 7.8 GHz。某些标准机构在此领域的要求甚至更为严格,该机构明确规定测试五次谐波时必须采用特定带宽的设备,PCI SIG便是其中之一。

       示波器的带宽还会影响非常重要的信号眼图,此类行业规范的示波器图像是兼容性和有效性测试的基础,眼图同时将所有可能的边沿过渡状态叠加在一个综合视图中从而显示一个“比特”或单位间隔的数据。用户在屏幕上得到的结果显示是由许多波形轨迹围绕中心而展开的一个类六边形开放区域,亦即通常所说的“眼”,其开放程度表示信号质量(越“开放”质量越好)。串行逻辑设备必须在眼的区域内清晰区分 1 和 0 的状态,以便对数据进行正确响应。用户通常需要使用一个图形掩模来定义眼的通过/失败区域。

       带宽不足的示波器在获取信号时会下降多达 1 dB的垂直幅度。不幸的是这一损耗往往落在眼图的开放区域内,这也正好在进行二进制判断的区域。因此足够的带宽在眼图测量和边沿测量中都是至关重要的。

       新型 DSA72004 提供的带宽能严格满足这些标准基础上所进行的大多数时间和边沿测量的要求。它的 20 GHz 带宽(与所有通道上的 50 GS/s 采样率配合)将能对当今广泛使用的任何串行总线提供测试支持。DSA72004 在波形边沿 10-90% 部分的输入上升时间只有 22 ps。基于 DSP 的带宽增强技术提供平坦的频率性能,令带宽性能处理第一代串行标准中最高速信号的五次谐波。这一特点同时也确保了所有通道能以最佳的频率和幅度响应相互匹配。

       大多数串行标准规范中都明确注明了带宽要求较低的连接点处的测量指标。从 4GHz 到 16GHz 的其它 DSA70000 型号都能很好地满足这些特定需求,在它们的性能范围内提供类似的带宽增强功能和幅度响应。

       多通道结构对同步采样的要求

       更快速的串行总线技术(第二代和第三代串行总线结构,如 HDMI 1.3、SATA III 和 PCI-Express 2.0)不仅在单通道应用中提供更好的性能,而且还还利用多通道串行数据总线结构以达到更高的数据交换速率。在多通道配置中,串行数据包首先被分解,然后将这些数据包在大致相同的时间内通过 4 个、8 个或更多的“通道”进行传输。

         在多通道串行总线上进行验证或调试工作的设计人员所需要的测试解决方案要能令他们在 4 个或更多的通道中同时实时获取数据集,于此同时,这些通道的数据采集性能需要达到足够的水平以满足最新一代串行总线技术的要求。在验证工作中,用户需要在所有通道上同时获取具有时间相关性的数据。而DSA70000 系列提供了高达 50 GS/s 的实时采样率并在所有输入通道中确保优越的时间分辨率,在全部 4 个通道上它都足以连续采集长达 4ms 的时间相关性串行数据。通过实时采集和深度内存的结合,新款DSA70000能让设计人员轻松分析干扰事件或错误以及这些事件/错误前后每个通道的总线流量。

       在整个频率范围内解决抖动问题

       抖动是另一个让串行总线开发人员担心的问题。某些情况下,设计人员必须量化它对个别信号边沿的影响,但更重要的问题在于抖动对于眼图测量的影响。它会减少眼的宽度(上升沿和下降沿经过之处),并有可能造成掩模失效。

       另一个令人

困扰的问题是,如果观察到抖动,如何确定它来自被测器件(DUT)还是仪器造成的测量副产品。因为示波器的触发抖动和抖动基底噪声(JNF)都会产生测量抖动,也都会使眼变窄,从而产生令人误解的掩模故障。

       某些有竞争力的解决方案通过提供详细的软件纠正方案以达到最小化示波器触发抖动的目的。这确实潜在地改进了等效时间采集模式的性能,因为该模式下必须为每个采样点进行重新触发,但是在基于单一实时采集的眼图测量中,触发抖动却不是根本问题,但JNF 图对等效时间采集和实时采集都有影响。

       得益于 DSA70000 系列垂直系统中模数转换器所具备的超大动态范围(10 个垂直分隔),该设备可以提供业界最高的信噪比和最低的 JNF(典型值 400 毫微微秒 rms)。因此,DSA70000 系列示波器在实施抖动测量时仪器本身造成的抖动可以忽略。

关键字:DSA70000  串行总线  信号完整性

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/0922/article_9572.html
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