抖动测量的三种方法

  抖动测量的三种方法只要测试数据通信IC或测试电信网络,就需要测试抖动。抖动是应该呈现的数字信号沿与实际存在沿之间的差。时钟抖动可导致电和光数据流中的偏差位,引起误码。测量时钟抖动和数据信号就可揭示误码源。
  测量和分析抖动可借助三种仪器:误码率(BER)测试仪,抖动分析仪和示波器(数字示波器和取样示波器)。
  选用哪种仪器取决于应用,即电或光、数据通信以及位率。因为抖动是误码的主要原因,所以,首先需要测量的是BER。若网络、网络元件、子系统或IC的BER超过可接受的限制,则必须找到误差源。
  大多数工程技术人员希望用仪器组合来跟踪抖动问题,先用BER测试仪、然后用抖动分析仪或示波器来隔离误差源。
BER测试仪
  制造商需要测量其产品的BER,以保证产品符合电信标准。当需要表征数据通信元件和系统时,BER测试对于测试高速串行数据通信设备也是主要的。
  BER测试仪发送一个称之为伪随机位序列(PRBS)的预定义数据流到被测系统或器件。然后,取样接收数据流中的每一位,并对照所希望的PRBS图形检查输入位。因此,BER测试仪可以进行严格的BER测量,有些是抖动分析仪或示波器不可能做到的。
  尽管BER测试仪可进行精确的BER测量,但是,对于10-12BER(每1012位为1位误差)精度的网络或器件测试需数小时。为了把测试时间从数小时缩短为几分钟,BER测试仪采用“BERT scan”技术,此技术用统计技术来预测BER。
  图2示出此技术用熟悉的眼图做为基准是如何工作的。可以编程BER测试仪在位时间(称之为“单位间隔”或“UI”)的任何点取样输入位。表示BER是取样位置的函数。若BER测试仪检测位周期(0.5UI)中心的位,则抖动引起位误差的概率是小的。若BER测试仪检测位于靠近眼相交点上的位,则将增大获得抖动引起位误差的似然性。
抖动分析仪
  BER测试仪不能提供有关抖动持性或抖动源的足够信息。抖动分析仪(往往称之为定时时间分析仪或信号完整性分析仪)可以测量任何时钟信号的抖动,并提供故障诊断抖动的信息。抖动分析仪也用抖动特性来预测BER,其所用时间比BER测试仪小很多。
  抖动测试仪对于测试高速数据通信总线(如光纤通信,SerialATA, Infiniband, Rapidio,每个通道的数据率高达3.125Gbits/s)用的器件是有用的。因为抖动分析仪在几秒内可预测BER,所以,对于生产线测试是有用的,很多ATE制造商根据用户要求,把抖动测试仪安置在测试系统中。
  抖动分析仪检测信号沿并测量沿之间的时间。在采集定时数据之后,抖动分析仪执行算法,产生直方图、频率曲线、数据的其他直观图像。这些图像展示干扰信号的线索。靠执行直方图和频率曲线的计算,抖动分析仪把整个抖动分离为随机抖动和确定性抖动。
示波器
  两类示波器证明对于抖动测试和分析是有用的。为了测试通信速度达3.125Gbits/s(在铜线上传输数据,这可能是最高速度)的器件、缆线、子系统或系统,可以用实时取样示波器。它们类似于抖动分析仪,可以测量任何时钟信号的抖动。
  为了测量光信号,如OC-192和10Gigabit Ethernet(9.952Gbits/s)或OC-768(39.808Gbits/s),就需要50GHz~75GHz带宽的取样示皮器(如Agilent数字通信分析仪或Tek通信信号分析仪)。也可在电数据信号中用这些示波器。
  宽带示波器对于测试当今所用的最高位率的抖动是有用的。因为它们的低取样率(150ksamples/s或更低),所以,它们需要重复信号(如PRBS)来建立眼图,它们从眼图可建立抖动直方图。
  示波器制造商在其示波器上提供抖动分析软件,从示波器所得到的抖动信息(用抖动分析仪也可得到这类分析)。OC-48(2.488Gbits/s)PRBS图形,每127位重复出现。示波器计算与软件产生理想时钟对照的每位定时误差。
  定时误差图是数据流的有效瞬时相位图。它示出抖动包含周期成分。定时误差图的快速傅里叶变换定标为1MHz/div,显示抖动的频率。此频率可对应于开关电源的时钟频率或来自系统数据缆线中的交扰。
  示波器可提供的另外数据实例。眼图交叉点的直方图显示分布有2个峰。双峰表明确定性抖动,它来自外部干扰(如开关电源)。另一处抖动——随机抖动遵从高斯分析,不能确定它们的源。
  混合仪器
  最近,某些测试设备制造商已开发出混合仪器。传统的BER测试仪只给出位误差,现在BER测试仪执行某些抖动分析,甚至有的还包含取样示波器。现在抖动分析仪也包含取样示波器,如Warecrest SIA-3000。这些取样示波器可观察眼图,但它们没有专用取样示波器那样的带宽。现在混合仪器的示波器带宽最高为6GHz。实时和等效时间取样示波器现在提供测量抖动和计算BER的软件。
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