基于數(shù)字示波器的高精度抖動(dòng)測(cè)試方法
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從當(dāng)前各種高速串行總線和數(shù)據(jù)鏈路的定時(shí)余量規(guī)范中表明，在整個(gè)數(shù)字系統(tǒng)中更加嚴(yán)格地控制抖動(dòng)是必須的。只有全面有效的測(cè)試和分析抖動(dòng)，其根本原因才能被隔離，從而針對(duì)引起系統(tǒng)抖動(dòng)的原因來(lái)減少抖動(dòng)，提高系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性。像PCI-Express、FBD、InfiniBand、SerialATA和 DVI等都對(duì)于時(shí)鐘和數(shù)據(jù)抖動(dòng)有明確要求。本文針對(duì)示波器進(jìn)行的實(shí)時(shí)抖動(dòng)測(cè)試方法，探討了影響抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果的關(guān)鍵因素。
典型的抖動(dòng)測(cè)試方法
為成功地設(shè)計(jì)高速數(shù)字系統(tǒng)，不僅需要理解什么是抖動(dòng)，計(jì)算抖動(dòng)的大小，還需要對(duì)不同的抖動(dòng)分量進(jìn)行隔離和分解，分析造成抖動(dòng)的原因，進(jìn)而避免在高速系統(tǒng)中出現(xiàn)抖動(dòng)造成的系統(tǒng)故障。在了解抖動(dòng)測(cè)試前，明智選擇合適的抖動(dòng)測(cè)試工具和方法成為整個(gè)抖動(dòng)測(cè)試工作的第一步。目前有幾種抖動(dòng)測(cè)試工具可供選擇，誤碼儀 (BERT)直接測(cè)試系統(tǒng)的誤碼率，但是價(jià)位昂貴，功能單一，不適合設(shè)計(jì)人員和調(diào)試人員；采用時(shí)間間隔分析儀測(cè)試抖動(dòng)也存在功能單一，抖動(dòng)分析能力不足的限制。高性能數(shù)字示波器成為當(dāng)前最流行的抖動(dòng)測(cè)試工具。
對(duì)于數(shù)字示波器而言，典型的抖動(dòng)測(cè)試方法主要有2種：
1) 采用數(shù)字存儲(chǔ)示波器的等效采樣模式或直接使用采樣示波器，通過直方圖統(tǒng)計(jì)測(cè)量定時(shí)抖動(dòng)。等效采樣的缺點(diǎn)是無(wú)法消除示波器自身的觸發(fā)抖動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，并且由于它采用的是多次觸發(fā)、多次采集、累計(jì)顯示的工作方式，對(duì)于電路設(shè)計(jì)和調(diào)試而言受到較多的限制，無(wú)法進(jìn)行深層的抖動(dòng)分析。
2) 更為流行的方法是采用數(shù)字存儲(chǔ)示波器的實(shí)時(shí)捕獲模式，單次觸發(fā)，連續(xù)采集大量數(shù)據(jù)，配合相應(yīng)的抖動(dòng)測(cè)試軟件進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試。對(duì)比于等效采樣方法它消除由于示波器自身的觸發(fā)抖動(dòng)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成的影響，并且能夠進(jìn)行復(fù)雜的抖動(dòng)分析和抖動(dòng)分解得到每一個(gè)抖動(dòng)分量，幫助設(shè)計(jì)和測(cè)試人員分析抖動(dòng)產(chǎn)生的原因，甚至通過抖動(dòng)分解估算系統(tǒng)的誤碼率。例如，在美國(guó)國(guó)家信息標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)(INCITS)下屬的T11.2組織在有關(guān)抖動(dòng)和信號(hào)完整性方法論(MJSQ)中，推薦泰克實(shí)時(shí)示波器配合TDSJIT3抖動(dòng)分析軟件進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試和分析。圖1是TDSJIT3實(shí)時(shí)抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果。
圖1：TDSJIT3進(jìn)行高速數(shù)據(jù)的抖動(dòng)測(cè)試和分解。
抖動(dòng)測(cè)試
抖動(dòng)可以描述為相鄰脈沖邊沿、甚至非相鄰脈沖邊沿周期或相位的定時(shí)變化。這些指標(biāo)適合檢定長(zhǎng)期和短期的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。通過更加深入地分析抖動(dòng)指標(biāo)，利用抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果，預(yù)測(cè)復(fù)雜系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸性能。
周期抖動(dòng)用來(lái)衡量時(shí)鐘或數(shù)據(jù)周期樣點(diǎn)的邊沿到邊沿定時(shí)。例如，通過測(cè)量1,000個(gè)時(shí)鐘周期上升沿之間的時(shí)間，可以對(duì)統(tǒng)計(jì)的周期取樣，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)會(huì)告訴您信號(hào)的質(zhì)量。標(biāo)準(zhǔn)偏差變成RMS周期抖動(dòng)，最大周期減去最小周期，得到峰到峰周期抖動(dòng)。每個(gè)不同周期測(cè)量的精度決定著抖動(dòng)測(cè)量的精度。
相位抖動(dòng)用來(lái)衡量被測(cè)信號(hào)邊沿相對(duì)于一個(gè)參考信號(hào)邊沿的時(shí)間偏差，從而可以檢測(cè)到信號(hào)相位中的任何變化。這一指標(biāo)在許多方面不同于周期測(cè)量指標(biāo)。第一，它單獨(dú)使用每個(gè)邊沿，而沒有使用“period”或“cycle”一類的說法。第二，它可以測(cè)量大的時(shí)間位移。邊沿相位可以偏離幾百或幾千度，但仍可以以非常高的精度進(jìn)行測(cè)量(360度等于一個(gè)周期或循環(huán)時(shí)間)。測(cè)量相位誤差常用的指標(biāo)是時(shí)間間隔誤差(TIE)，測(cè)量結(jié)果用相對(duì)于度的秒來(lái)表示。TIE把信號(hào)邊沿與參考邊沿匹配起來(lái)，對(duì)各邊沿之差相加計(jì)算總和。在比較了大量的邊沿之后，可以為分析提供一個(gè)樣點(diǎn)集合。與上面的周期測(cè)量一樣，標(biāo)準(zhǔn)偏差變成RMS TIE，最大時(shí)間減最小時(shí)間得到峰到峰值TIE等等。TIE測(cè)試精度取決于構(gòu)成樣點(diǎn)集合的各個(gè)測(cè)量的精度。圖2顯示的是對(duì)一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的不同抖動(dòng)測(cè)試參數(shù)。
圖2：典型的時(shí)鐘信號(hào)抖動(dòng)測(cè)試參數(shù)。
評(píng)論