10G信號(hào)抖動(dòng)測(cè)量的檢定分析

　　解決具有挑戰(zhàn)性的抖動(dòng)測(cè)量問(wèn)題

　　最常見(jiàn)的抖動(dòng)捕捉分析儀器是實(shí)時(shí)示波器。現(xiàn)代數(shù)字化儀表緊緊跟隨逐漸提升的數(shù)據(jù)率步伐，可配置對(duì)抖動(dòng)及其分量進(jìn)行詳細(xì)分析的集成應(yīng)用軟件。不過(guò)，選擇范圍并不局限于DSA和DPO。其他完全不同的工具也有自己的優(yōu)勢(shì)，其測(cè)量能力會(huì)出現(xiàn)部分重疊。這些工具包括誤碼率測(cè)試儀(BERT)、抖動(dòng)分析儀、計(jì)數(shù)器/定時(shí)器和頻譜分析儀。

　　實(shí)時(shí)示波器是電子研發(fā)和設(shè)計(jì)中最常用的測(cè)量工具之一，因此當(dāng)需要分析研究抖動(dòng)問(wèn)題時(shí)，它很可能成為第一道“防線”。DSA/DPO可在其帶寬和分辨率范圍內(nèi)進(jìn)行幾乎所有類(lèi)型的抖動(dòng)測(cè)量。

　　DSA/DPO具有抖動(dòng)測(cè)量多功能性的原因在于：它可在多個(gè)DUT工作周期內(nèi)捕捉很長(zhǎng)的時(shí)間窗。由于示波器的采樣存儲(chǔ)器中保存著過(guò)去很長(zhǎng)時(shí)間波形活動(dòng)的歷史記錄，因此我們能對(duì)隨著上升時(shí)間、脈沖寬度和各種抖動(dòng)變化而變化的屬性進(jìn)行研究。

　　能處理10Gbps數(shù)據(jù)率的高端示波器的適用特性如下：

　　* 20 GHz帶寬;

　　* 抖動(dòng)本底噪聲低，大約300fs(300 x 10-15s)，能夠最小化DUT抖動(dòng)測(cè)量對(duì)示波器的依賴(lài)性。

　　* 8位捕捉，提供了足以應(yīng)對(duì)最新串行標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)范圍，適合16級(jí)調(diào)制方案。

　　方程式的重要部分是能提供使抖動(dòng)測(cè)量和分析自動(dòng)完成的工具集。抖動(dòng)測(cè)量屬于一個(gè)精細(xì)學(xué)科，但也有助于提供專(zhuān)用的軟件解決方案(假設(shè)示波器平臺(tái)支持這種功能)。

　　有些應(yīng)用的要求超過(guò)了實(shí)時(shí)DSA/DPO示波器的能力。這些儀器的實(shí)時(shí)帶寬和分辨率必須與DUT的數(shù)據(jù)率及其諧波相當(dāng)。此外，部分形式的多級(jí)調(diào)制對(duì)儀器區(qū)分不同級(jí)別的能力有苛刻的要求。這種情況下，采用另一種抖動(dòng)測(cè)量工具將更為合適。

　　采樣示波器

　　取樣示波器給抖動(dòng)測(cè)量提供了較寬的帶寬。取樣示波器可能是觀察數(shù)據(jù)率高達(dá)60Gbps信號(hào)的唯一有效工具。而且，當(dāng)需要捕捉相對(duì)較“慢”的信號(hào)諧波時(shí)，也適合采用取樣示波器。

　　取樣示波器根據(jù)重復(fù)性輸入樣本來(lái)構(gòu)建波形采集，波形樣本來(lái)源于無(wú)數(shù)個(gè)周期。許多類(lèi)型的串行設(shè)備都能提供產(chǎn)生這種重復(fù)波形流的診斷回路，或者利用外部數(shù)據(jù)生成器作為驅(qū)動(dòng)源。

　　取樣示波器可配置應(yīng)用特有的抖動(dòng)/噪音分析軟件包，以提供抖動(dòng)分離、噪聲分離和BER目測(cè)等抖動(dòng)分析功能。

　　影響抖動(dòng)測(cè)量的示波器特性

　　定時(shí)精度是單次定時(shí)測(cè)量最重要的技術(shù)要求，因?yàn)樗鼪Q定著測(cè)量值有多接近實(shí)際值。它既考慮了可重復(fù)性，也考慮了分辨率。定時(shí)精度由許多因素決定，包括采樣間隔、時(shí)基準(zhǔn)確度、量化誤差、內(nèi)插誤差、放大器垂直噪聲和取樣時(shí)鐘抖動(dòng)。其中任何一種因素都會(huì)造成定時(shí)誤差，而所有因素共同作用構(gòu)成增量時(shí)間精度(DTA)。高端示波器的DTA近似等于：

　　式中： A = 輸入信號(hào)幅度(V)

　　trm =10~90%被測(cè)量的上升時(shí)間(s)

　　N=輸入?yún)⒖荚肼?VRMS)

　　tj=中/短期孔徑不確定性(sRMS)

　　TBA =時(shí)基準(zhǔn)確度(2ppm)

　　持續(xù)時(shí)間(duration)=增量時(shí)間測(cè)量值(sec)

　　所有這些都假設(shè)是采用高斯濾波器響應(yīng)產(chǎn)生的邊沿波形。

　　特定儀器的特殊DTA信息可以通過(guò)查閱其手冊(cè)找到。通常情況下，規(guī)范意味著對(duì)任何邊-邊的定時(shí)測(cè)量都可確定結(jié)果精度，對(duì)NIST是有保障并可追溯的。上面的方程式中含有標(biāo)度、信號(hào)幅度、輸入噪聲和其他影響因素。DTA這個(gè)話題太復(fù)雜，無(wú)法在本文中進(jìn)行全面的解釋。不過(guò)，如果試圖按飛秒級(jí)來(lái)檢定定時(shí)系統(tǒng)，則應(yīng)考慮DTA。

　　測(cè)量分辨率

　　測(cè)量分辨率定義了可靠檢測(cè)測(cè)量變化的能力，不要把它和測(cè)量精度，甚至是測(cè)量重復(fù)性相混淆。在定時(shí)測(cè)量中，分辨率是辨別信號(hào)定時(shí)中細(xì)微變化的能力，而不管變化是有目的的，還是由噪音引起的。硬件計(jì)數(shù)器的位寬度、甚至計(jì)數(shù)器的電頻寬等基本因素，都會(huì)限制定時(shí)分辨率。某些隱性的因素，如執(zhí)行算術(shù)平均運(yùn)算的軟件等，也會(huì)對(duì)定時(shí)分辨率構(gòu)成限制。

　　硬件定時(shí)器中，如像典型時(shí)間間隔分析器(TIA、SIA)等，其定時(shí)分辨率的硬件限制在數(shù)百飛秒。如果硬件計(jì)數(shù)器或等效電路的時(shí)鐘定在5GHz，那它就無(wú)法檢測(cè)到小于0.2ps的任何變化。這是器件的物理局限。

　　實(shí)時(shí)示波器的定時(shí)分辨率則受到采樣率、內(nèi)插精度和基于軟件的數(shù)學(xué)運(yùn)算庫(kù)的限制。在使用50Gsps采樣率和SIN(X)/X內(nèi)插時(shí)，分辨率可能會(huì)達(dá)到幾十飛秒。因?yàn)樵谶@種情況下分辨率是基于數(shù)學(xué)運(yùn)算庫(kù)的，因此實(shí)際分辨率低于一飛秒(0.0001ps)。

　　分辨率體現(xiàn)著測(cè)量定時(shí)中極細(xì)微變化的能力，但這可能并不一定反映真實(shí)情況。想想，當(dāng)測(cè)量變化小于儀器內(nèi)的固有噪聲時(shí)，會(huì)發(fā)生什么情況?因此，在測(cè)量小幅噪聲或抖動(dòng)時(shí)，必須考慮示波器系統(tǒng)的抖動(dòng)本底噪聲。只是簡(jiǎn)單地知道系統(tǒng)分辨率，對(duì)理解精度或示波器的整體能力的實(shí)際極限并沒(méi)有什么幫助。