存在串扰时的抖动和定时分析

2015-01-28 11:30:35来源: eechina
串行数据标准数量不断激增,明显改善了PC、服务器系统的性能。对这些更高速的标准执行测试,找到抖动迹象对设计的长期稳定性及实现优秀的误码率(BER)目标至关重要。要进行高效分析,首先要选择正确的仪器,要很好地了解仪器噪声、上升时间以及三阶谐波、四阶谐波、五阶谐波性能等因素。

但这远不只是进行测量 – 适当的仪器必需与适当的分析工具配套使用。在测试8 Gb/sec以上的串行数据速率时,抖动分隔、反嵌/嵌入等也是重要的考虑因素。在本文中,我们将重点介绍存在串扰时隔离抖动的一种新方法,随着通路数量提高、以提升计算系统吞吐量,串扰问题正变得日益明显。

使用电压跳变表示定时信息的所有电气系统都有定时抖动。在历史上,电气系统通过采用相对较低的信令速率,弱化了定时抖动 (或简称抖动)的负面效应。随着数据速率攀升到8 Gb/sec以上,抖动在信令间隔中的占比明显提高,了解抖动的类型和来源对成功地部署高速串行技术非常关键。

最简单的抖动是边沿距本应位置的偏差,如图1所示。根据ITU定义,抖动是“数字信号有效时点距理想时间位置的短期变化”。


图1: 抖动是边沿距本应位置的偏差。

[图示内容:]

Reference edge: 参考边沿

One Unit Interval: 一个单位间隔

Sometimes It’s here: 有时它在这儿

Edges should Be here: 边沿应该在这儿

可以通过多种方式,测量一个波形上的抖动,包括周期抖动、周期间抖动及时间间隔误差(TIE),设计中经常会指定哪种测量指标比较合适。

在独立振荡器中,信号是时钟,可以跳频或扫频。这里,周期抖动是合适的测量指

标。在发射机的串行数据流中,信号是数据流,ISI (符号间干扰)是关键问题。这里,TIE抖动是合适的测量指标。

徘徊在抖动问题上的工程师有很多仪器可以选择,每种仪器都有独特的优势和劣势:

1)·实时数字存储示波器(DSO)恢复整个波形,可以测量任意项目,可以用于TIE、周期间抖动和周期抖动测量。但它在频率(或位速率)和频谱分辨率、小的抖动和多电平调制方面具有局限性。

2)·BER测试仪(BERT)特别适合测量TIE抖动,尤其是TJ或总抖动,这是TIE的一种形式。BERT的优势是它计数每个比特,但测试执行起来耗时可能会很长。

3)·实时频谱分析仪(RTSA)可以用于移动设备复杂调制的周期间测量和周期测量,用来观察时钟、PLL,了解其动态性能。其局限性包括频宽(低于100 MHz)、带宽信号有大的调制频谱。

4)·等效时间采样示波器提供了最佳的带宽,可以用于串行数据所有抖动测量。目前,这种仪器是唯一拥有噪声分析功能和BER眼图的仪器。其局限性包括:没有实时捕获功能,只能用于重复码型,部分抖动频谱有假信号。

用户经常问的一个问题是如果我们只关心BER,那么为什么还要担心抖动。原因在于如果眼图(宽度)闭合太多,那么会导致误差。抖动和噪声分析工具可以迅速预测和分析BER中的问题。最终,它测试的就是误差,但消除设计中的这些误差要求了解抖动过高的一个或多个原因。

我们首先要从整体BER角度了解系统的性能状况。示波器实现了这一目标,它使用眼图和统计分析创建浴缸曲线,之所以叫浴缸图,是因为在极限变化时,得到的图形形状像浴缸。在使用BERT仪器时,每个位的具体数量会得到一个抖动峰值图。如图2所示,左面来自BERT的抖动峰值与右面示波器抖动浴缸图几乎完全等效。


图2: 左面BERT 抖动峰值与右面示波器抖动浴缸之间的BER性能等效图。

鉴于结果紧密对准,示波器成为BERT非常实用的补充,因为使用BERT测量直到BER=10-12的TJ会需要几个小时的时间,结果并不能揭示哪类问题导致抖动。示波器可以以智能方式测量少量数据,然后把抖动划分成各种抖动成分,其一般采用图3所示的公认的抖动模型。

通过做出假设,示波器可以进行TJ@BER计算,真实反映使用BERT获得的结果,而所用时间只是BERT的几分之一,也就是说,如果所有假设都正确的话。所有复杂系统模型都做出假设和简化,因此模型和实际系统行为之间永远不会完全拟合。正如本文后面讨论的那样,目前,特别麻烦的一个问题是串扰。


图3: 业内抖动模型,2001-2010.

关键字:串扰  抖动  定时分析

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0128/article_10746.html
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