抖動(dòng)測(cè)量的三種方法

只要測(cè)試數(shù)據(jù)通信IC或測(cè)試電信網(wǎng)絡(luò)，就需要測(cè)試抖動(dòng)。抖動(dòng)是應(yīng)該呈現(xiàn)的數(shù)字信號(hào)沿與實(shí)際存在沿之間的差。時(shí)鐘抖動(dòng)可導(dǎo)致電和光數(shù)據(jù)流中的偏差位，引起誤碼。測(cè)量時(shí)鐘抖動(dòng)和數(shù)據(jù)信號(hào)就可揭示誤碼源。

測(cè)量和分析抖動(dòng)可借助三種儀器：誤碼率(BER)測(cè)試儀，抖動(dòng)分析儀和示波器(數(shù)字示波器和取樣示波器)。

選用哪種儀器取決于應(yīng)用，即電或光、數(shù)據(jù)通信以及位率。因?yàn)槎秳?dòng)是誤碼的主要原因，所以，首先需要測(cè)量的是BER。若網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)元件、子系統(tǒng)或IC的BER超過可接受的限制，則必須找到誤差源。

大多數(shù)工程技術(shù)人員希望用儀器組合來跟蹤抖動(dòng)問題，先用BER測(cè)試儀、然后用抖動(dòng)分析儀或示波器來隔離誤差源。

BER測(cè)試儀

制造商需要測(cè)量其產(chǎn)品的BER，以保證產(chǎn)品符合電信標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)需要表征數(shù)據(jù)通信元件和系統(tǒng)時(shí)，BER測(cè)試對(duì)于測(cè)試高速串行數(shù)據(jù)通信設(shè)備也是主要的。

BER測(cè)試儀發(fā)送一個(gè)稱之為偽隨機(jī)位序列(PRBS)的預(yù)定義數(shù)據(jù)流到被測(cè)系統(tǒng)或器件。然后，取樣接收數(shù)據(jù)流中的每一位，并對(duì)照所希望的PRBS圖形檢查輸入位。因此，BER測(cè)試儀可以進(jìn)行嚴(yán)格的BER測(cè)量，有些是抖動(dòng)分析儀或示波器不可能做到的。

盡管BER測(cè)試儀可進(jìn)行精確的BER測(cè)量，但是，對(duì)于10-12BER(每1012位為1位誤差)精度的網(wǎng)絡(luò)或器件測(cè)試需數(shù)小時(shí)。為了把測(cè)試時(shí)間從數(shù)小時(shí)縮短為幾分鐘，BER測(cè)試儀采用“BERT scan”技術(shù)，此技術(shù)用統(tǒng)計(jì)技術(shù)來預(yù)測(cè)BER。

可以編程BER測(cè)試儀在位時(shí)間(稱之為“單位間隔”或“UI”)的任何點(diǎn)取樣輸入位。“澡盆”曲線表示BER是取樣位置的函數(shù)。若BER測(cè)試儀檢測(cè)位周期(0.5UI)中心的位，則抖動(dòng)引起位誤差的概率是小的。若BER測(cè)試儀檢測(cè)位于靠近眼相交點(diǎn)上的位，則將增大獲得抖動(dòng)引起位誤差的似然性。

抖動(dòng)分析儀

BER測(cè)試儀不能提供有關(guān)抖動(dòng)持性或抖動(dòng)源的足夠信息。抖動(dòng)分析儀(往往稱之為定時(shí)時(shí)間分析儀或信號(hào)完整性分析儀)可以測(cè)量任何時(shí)鐘信號(hào)的抖動(dòng)，并提供故障診斷抖動(dòng)的信息。抖動(dòng)分析儀也用抖動(dòng)特性來預(yù)測(cè)BER，其所用時(shí)間比BER測(cè)試儀小很多。
抖動(dòng)測(cè)試儀對(duì)于測(cè)試高速數(shù)據(jù)通信總線(如光纖通信，SerialATA, Infiniband, Rapidio，每個(gè)通道的數(shù)據(jù)率高達(dá)3.125Gbits/s)用的器件是有用的。因?yàn)槎秳?dòng)分析儀在幾秒內(nèi)可預(yù)測(cè)BER，所以，對(duì)于生產(chǎn)線測(cè)試是有用的，很多ATE制造商根據(jù)用戶要求，把抖動(dòng)測(cè)試儀安置在測(cè)試系統(tǒng)中。

抖動(dòng)分析儀檢測(cè)信號(hào)沿并測(cè)量沿之間的時(shí)間。在采集定時(shí)數(shù)據(jù)之后，抖動(dòng)分析儀執(zhí)行算法，產(chǎn)生直方圖、頻率曲線、數(shù)據(jù)的其他直觀圖像。這些圖像展示干擾信號(hào)的線索?？繄?zhí)行直方圖和頻率曲線的計(jì)算，抖動(dòng)分析儀把整個(gè)抖動(dòng)分離為隨機(jī)抖動(dòng)和確定性抖動(dòng)。

比如一種確定性抖動(dòng)，它具有一個(gè)特殊源。一個(gè)干擾信號(hào)相位調(diào)制基準(zhǔn)信號(hào)來產(chǎn)生測(cè)量信號(hào)中的抖動(dòng)。抖動(dòng)分析儀可以計(jì)算呈現(xiàn)在抖動(dòng)中的頻率(相位1-4)。一旦知道抖動(dòng)頻率，就可隔離抖動(dòng)源并減輕抖動(dòng)影響。若干擾信號(hào)的頻率對(duì)應(yīng)于其他時(shí)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(duì)于抖動(dòng)測(cè)試和分析是有用的。為了測(cè)試通信速度達(dá)3.125Gbits/s(在銅線上傳輸數(shù)據(jù)，這可能是最高速度)的器件、纜線、子系統(tǒng)或系統(tǒng)，可以用實(shí)時(shí)取樣示波器。它們類似于抖動(dòng)分析儀，可以測(cè)量任何時(shí)鐘信號(hào)的抖動(dòng)。

為了測(cè)量光信號(hào)，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(shù)字通信分析儀或Tek通信信號(hào)分析儀)。也可在電數(shù)據(jù)信號(hào)中用這些示波器。

寬帶示波器對(duì)于測(cè)試當(dāng)今所用的最高位率的抖動(dòng)是有用的。因?yàn)樗鼈兊牡腿勇?150ksamples/s或更低)，所以，它們需要重復(fù)信號(hào)(如PRBS)來建立眼圖，它們從眼圖可建立抖動(dòng)直方圖。

示波器制造商在其示波器上提供抖動(dòng)分析軟件。

定時(shí)誤差圖是數(shù)據(jù)流的有效瞬時(shí)相位圖。它示出抖動(dòng)包含周期成分。定時(shí)誤差圖的快速傅里葉變換(第3個(gè)圖線)定標(biāo)為1MHz/div，顯示抖動(dòng)的頻率。此頻率可對(duì)應(yīng)于開關(guān)電源的時(shí)鐘頻率或來自系統(tǒng)數(shù)據(jù)纜線中的交擾。

眼圖交叉點(diǎn)的直方圖顯示分布有2個(gè)峰。雙峰表明確定性抖動(dòng)，它來自外部干擾(如開關(guān)電源)。另一處抖動(dòng)——隨機(jī)抖動(dòng)遵從高斯分析，不能確定它們的源。

混合儀器

最近，某些測(cè)試設(shè)備制造商已開發(fā)出混合儀器。傳統(tǒng)的BER測(cè)試儀只給出位誤差，現(xiàn)在BER測(cè)試儀執(zhí)行某些抖動(dòng)分析，甚至有的還包含取樣示波器?，F(xiàn)在抖動(dòng)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，但它們沒有專用取樣示波器那樣的帶寬?，F(xiàn)在混合儀器的示波器帶寬最高為6GHz。實(shí)時(shí)和等效時(shí)間取樣示波器現(xiàn)在提供測(cè)量抖動(dòng)和計(jì)算BER的軟件。