信号完整性分析基础系列之十九--高速串行信号接收机测试

2015-07-01 13:47:10   来源:ednchina   

关键字: 信号完整性  高速串行信号  接收机测试

1.背景
网络、多媒体、移动通信对提高数据吞吐率的需求与日俱增,推动计算机和通信技术不断突破速度极限。图 1是当前主流计算机外设总线的速率演变情况。

图 1 主流高速串行标准演进图
数据率越高,信道趋肤效应和介质损耗对信号质量的影响越严重,在时域上表现为:边沿变缓,码间干扰加剧,抖动增加。通常使用眼图来评估高速信号质量。下图是三种速率的信号在发送端和接收端分别测得的眼图。可以明显看出,速率越高,接收端的眼图闭合程度越小。能否在接收端正确检测出受损的信号,是高速收发器芯片设计者面临的挑战。
 

图 2 不同速率信号的失真程度
在以往的高速串行信号一致性测试标准里,一般都要求测试发送端性能,比如输出电压摆幅、上升时间、抖动、眼图等。随着速率提高,仅仅测试信号发送端已经不能保证高速链路能按预期性能正常工作,必须对接收机性能也进行测试。USB 3.0、PCI Express 3.0以及SATA和SAS规范已经明确要求进行接收机测试。
2.接收机测试原理
在发送器测试中,通常利用示波器直接测量输出信号的幅度、上升/下降时间、眼图和抖动,从而评估发送器的驱动能力、预加重、参考时钟稳定性等各项性能。在接收端,典型的接收机芯片框图如下:
 

图 3 典型接收机内部框图
它包含
信号检测(放大,均衡)
基于锁相环(PLL)的时钟恢复
判决电路(并转串,线路码解码)
对接收机性能的测试实际就是对以上三个主要部件的性能测试:
1)可以识别出多小幅度的信号,即接收灵敏度
2)时钟恢复电路中的锁相环能否去除低频抖动
3)能够正确识别出带有多大抖动的数据,即抖动容限
 
不像发送端可以直接测量被测件(Device Under Test,DUT)输出的信号,信号进入接收机内部后无法直接观测,一般使用仪器产生一定样本量、一定特征的激励数据流给DUT。这些特征一般是多种形式的“干扰”,仪器通过施加不同程度的“干扰”,测试接收机的表现。
这种仪器一般是误码率测试仪(Bit Error Rate Tester,BERT)。简单的说,误码率测试就是发送已知数据给被测接收机芯片,通过量化被错误判决数据的比例来衡量接收机芯片的性能。在功能上,误码率测试仪包括数据发生(Pattern Gernerter)和错误检测(Error Detetor)两个部分,即前者产生激励,后者检测响应。
 

图 4 误码率测试仪工作原理框图
测试时,误码率测试仪和DUT收发互连形成回环,如图 5。Pattern Generator发出带有“干扰”的信号给DUT。DUT将接收到的数据经过内部回环又发送回给误码率测试仪。一般经过DUT内部的检测和时钟域变换,发送回去的数据不再带有“干扰”。

图 5 误码率测试仪与DUT回环连接
DUT一般有两种回环模式:
1)外部BERT(或称Retimed Loopback)
 

图 6 外部BERT测试框图
 
DUT将RX端收到的BERT数据从TX端发送回去,由BERT对比发送和接收到的数据
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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0701/article_12179.html
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