只要測試數據通信IC或測試電信網絡,就需要測試抖動。抖動是應該呈現的數字信號沿與實際存在沿之間的差。時鐘抖動可導致電和光數據流中的偏差位,引起誤碼。測量時鐘抖動和數據信號就可揭示誤碼源。 測量和分析抖動可借助三種儀器:誤碼率(BER)測試儀,抖動分析儀和示波器(數字示波器和取樣示波器)。圖1示出每種儀器能處理的位率。 選用哪種儀器取決于應用,即電或光、數據通信以及位率。因為抖動是誤碼的主要原因,所以,首先需要測量的是BER。若網絡、網絡元件、子系統或IC的BER超過可接受的限制,則必須找到誤差源。 大多數工程技術人員希望用儀器組合來跟蹤抖動問題,先用BER測試儀、然后用抖動分析儀或示波器來隔離誤差源。 BER測試儀 制造商需要測量其產品的BER,以保證產品符合電信標準。當需要表征數據通信元件和系統時,BER測試對于測試高速串行數據通信設備也是主要的。 BER測試儀發送一個稱之為偽隨機位序列(PRBS)的預定義數據流到被測系統或器件。然后,取樣接收數據流中的每一位,并對照所希望的PRBS圖形檢查輸入位。因此,BER測試儀可以進行嚴格的BER測量,有些是抖動分析儀或示波器不可能做到的。 盡管BER測試儀可進行的BER測量,但是,對于10-12BER(每1012位為1位誤差)精度的網絡或器件測試需數小時。為了把測試時間從數小時縮短為幾分鐘,BER測試儀采用“BERT scan”技術,此技術用統計技術來預測BER。 圖2示出此技術用熟悉的眼圖做為基準是如何工作的。可以編程BER測試儀在位時間(稱之為“單位間隔”或“UI”)的任何點取樣輸入位。圖2中眼圖下方的圖往往稱之為“澡盆”曲線,表示BER是取樣位置的函數。若BER測試儀檢測位周期(0.5UI)中心的位,則抖動引起位誤差的概率是小的。若BER測試儀檢測位于靠近眼相交點上的位,則將增大獲得抖動引起位誤差的似然性。
抖動分析儀 BER測試儀不能提供有關抖動持性或抖動源的足夠信息。抖動分析儀(往往稱之為定時時間分析儀或信號完整性分析儀)可以測量任何時鐘信號的抖動,并提供故障診斷抖動的信息。抖動分析儀也用抖動特性來預測BER,其所用時間比BER測試儀小很多。 抖動測試儀對于測試高速數據通信總線(如光纖通信,SerialATA, Infiniband, Rapidio,每個通道的數據率高達3.125Gbits/s)用的器件是有用的。因為抖動分析儀在幾秒內可預測BER,所以,對于生產線測試是有用的,很多ATE制造商根據用戶要求,把抖動測試儀安置在測試系統中。 抖動分析儀檢測信號沿并測量沿之間的時間。在采集定時數據之后,抖動分析儀執行算法,產生直方圖、頻率曲線、數據的其他直觀圖像。這些圖像展示干擾信號的線索。靠執行直方圖和頻率曲線的計算,抖動分析儀把整個抖動分離為隨機抖動和確定性抖動。 圖3示出一種確定性抖動,它具有一個特殊源。一個干擾信號相位調制基準信號來產生測量信號中的抖動。抖動分析儀可以計算呈現在抖動中的頻率(相位1-4)。一旦知道抖動頻率,就可隔離抖動源并減輕抖動影響。若干擾信號的頻率對應于其他時鐘頻率,則用增加EMI屏蔽或其他方法把源隔離就可解決問題。
示波器 兩類示波器證明對于抖動測試和分析是有用的。為了測試通信速度達3.125Gbits/s(在銅線上傳輸數據,這可能是zui高速度)的器件、纜線、子系統或系統,可以用實時取樣示波器。它們類似于抖動分析儀,可以測量任何時鐘信號的抖動。 為了測量光信號,如OC-192和10Gigabit Ethernet(9.952Gbits/s)或OC-768(39.808Gbits/s),就需要50GHz~75GHz帶寬的取樣示皮器(如Agilent數字通信分析儀或Tek通信信號分析儀)。也可在電數據信號中用這些示波器。 寬帶示波器對于測試當今所用的zui高位率的抖動是有用的。因為它們的低取樣率(150ksamples/s或更低),所以,它們需要重復信號(如PRBS)來建立眼圖,它們從眼圖可建立抖動直方圖。 示波器制造商在其示波器上提供抖動分析軟件,圖4示出從示波器所得到的抖動信息(用抖動分析儀也可得到這類分析)。圖中zui上面的圖線表示OC-48(2.488Gbits/s)PRBS圖形,每127位重復出現。在第2個圖線中,示波器計算與軟件產生理想時鐘對照的每位定時誤差。 定時誤差圖是數據流的有效瞬時相位圖。它示出抖動包含周期成分。定時誤差圖的快速傅里葉變換(第3個圖線)定標為1MHz/div,顯示抖動的頻率。此頻率可對應于開關電源的時鐘頻率或來自系統數據纜線中的交擾。 圖5示出示波器可提供的另外數據實例。眼圖交叉點的直方圖顯示分布有2個峰。雙峰表明確定性抖動,它來自外部干擾(如開關電源)。另一處抖動?D?D隨機抖動遵從高斯分析,不能確定它們的源。
混合儀器 zui近,某些測試設備制造商已開發出混合儀器。傳統的BER測試儀只給出位誤差,現在BER測試儀執行某些抖動分析,甚至有的還包含取樣示波器。現在抖動分析儀也包含取樣示波器,如Warecrest SIA-3000。這些取樣示波器可觀察眼圖,但它們沒有取樣示波器那樣的帶寬。現在混合儀器的示波器帶寬zui高為6GHz。實時和等效時間取樣示波器現在提供測量抖動和計算BER的軟件。 |