用數(shù)字示波器對系統(tǒng)總線實時抖動測試不失為實用可靠之方法

　　1、問題的引出

　　在研發(fā)項目中常遇到下列幾種情況：第一、隨著計算機和通信系統(tǒng)總線速度的顯著提高，特別是各種不同的采用內(nèi)嵌時鐘技術的高速串行總線日益普及，定時抖動已經(jīng)成為影響其性能的基本因素;第二、在一個實際系統(tǒng)中，電源噪聲有多種不同的來源，即隨機噪聲與來自于開關電源或其他數(shù)字電路的數(shù)字毛刺，就會造成信號質(zhì)量的降低;再則，又如DVD普遍于國內(nèi)外伴隨的品質(zhì)控制-抖動問題又成為用戶關注的焦點。

　　如何面對關系到系統(tǒng)成敗關鍵的上述領域所具有共性的抖動測量技術與方法是我們應研討的方案。

　　往常對計算機通信系統(tǒng)與DVD品質(zhì)控制的測試中，較多的采用二種方法：其一、使用專用測量設備，如誤碼儀(BERT)或LE 1875抖動分析測量儀， 在技術上采用了數(shù)字時間取樣和處理技術(TIA)，配合一個全彩色LCD顯示屏，可以提供快速、全面和精確的分析，便于研制、生產(chǎn)、品質(zhì)控制部門對DVD-RAM進行跟蹤檢測;其二、為了衡量一個時鐘源對于電源噪聲的抑制能力，我們將一個正弦信號注入到電源，然后在各單一頻點測量確定性抖動?？梢圆捎枚喾N不同的設備完成這種測試，例如數(shù)字示波器、時間間隔分析儀(TIA)，或者頻譜分析儀。

　　上述用專用誤碼儀或抖動分析測量儀迸行測量方法是可行的，但對每一個項目中的不同類型的抖動去購買不同類型專用設備是價格昂貴功能單一，并不適合設計人員和調(diào)試人員。而作為一個研發(fā)來說，直接使用DS1000數(shù)字存儲示波器對實時高速串行總線抖動測試不失為實用可靠之方法。

　　2、高速串行總線抖動測量技術

　　2.1全面有效的測試和分析抖動是必須的

　　越來越多的高速計算機和通信系統(tǒng)開始采用高速串行總線在芯片間，背板間和系統(tǒng)設備間傳送高速數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，任何微小的高速時鐘和數(shù)據(jù)抖動都會對整個系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響，在這種情況下，抖動已經(jīng)成為設計高速數(shù)字系統(tǒng)成敗的關鍵。其最典型的例如：PXI模塊化系統(tǒng)串行高速總線實時抖動測試。

　　PXl是一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動化應用度身定制的模塊化儀器平臺，具備機械、電氣與軟件等多方面的專業(yè)特性。PXl(PCIextensions for lnstrumentation)充分利用了當前最普及的臺式計算機高速標準結構-PCI。PXl規(guī)范是CompactPCI規(guī)范的擴展。CompactPCI定義了封裝堅固的工業(yè)版PCI總線架構，在硬件模塊易于裝卸的前提下提供優(yōu)秀的機械整合性。

　　其PXI系統(tǒng)機箱為系統(tǒng)提供了堅固的模塊化封裝結構。按尺寸不同，機箱有4槽到18槽不等，機箱具有高性能PXI背板，它包括PCI總線，定時和觸發(fā)總線，并且還可以有一些專門特性，如DC電源和集成式信號調(diào)理。 PXl在背板上結合了工業(yè)標準的PCI總線和測量與自動化系統(tǒng)專用的定時與觸發(fā)特性高級及同步擴展。

　　需指出的是，傳統(tǒng)的33M PCI并行總線正在被采用高速串行技術的PCI-Express取代，而它的最新標準支持的數(shù)據(jù)率已經(jīng)到5Gb/S，一個U1的寬度僅200ps。實際上對PXI模塊化系統(tǒng)串行高速總線實時抖動測試。就是對高速串行技術的PCIBus實時抖動的測試。

　　因為它們?nèi)魏挝⑿〉亩秳佣紩е聰?shù)據(jù)傳輸錯誤。從當前各種高速串行總線和數(shù)據(jù)鏈路的定時余量規(guī)范中表明，在數(shù)字系統(tǒng)中嚴格地控制抖動是必須的。只有全面有效的測試和分析抖動，其根本原因才能被隔離，從而針對引起系統(tǒng)抖動的原因來減少抖動，提高PXI系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性。

　　2.2 DS1000數(shù)字示波器對PXI模塊化系統(tǒng)進行的高速串行總線系統(tǒng)實時抖動測試方法

　　由于DS1000數(shù)字示波器具有因更深的1MB存儲深度可提供很高的采樣率高(實時采樣率400 MSa/s，等效采樣率高達25 GSa/s)，采集頻帶寬(25-100MHz)、再加上顯示屏畫面清晰醒目及靈敏度高的特征，故用于高速串行總線抖動此的測量是不失為實用而又可靠之方法，它是迸行實時抖動測試方法并探討影響抖動測試結果的關鍵因素。由此可見它們均為實用簡易而可靠之裝置。

　　常用的測試方法是采用DS1000數(shù)字示波器的實時捕獲模式，單次分析和抖動分解得到每一個抖動分量，幫助設計和測試人員分析抖動產(chǎn)生的原因，甚至通過抖動分解估算系統(tǒng)的誤碼率。例如，在有關抖動和信號完整性方法論用DS1000數(shù)字示波器器配合抖動分析軟件進行抖動測試和分析。以下作抖動測試與精度分析。

　　2.3基于高采樣率的抖動測試

　　由于DS1000數(shù)字示波器具有豐富的觸發(fā)功能：邊沿、視頻、脈寬、斜率、交替、碼型和持續(xù)時間觸發(fā)等功能，為抖動測試提供極為方便的條件。抖動可以描述為相鄰脈：中邊沿、甚至非相鄰脈;中邊沿周期或相位的定時變化。這些指標適合檢定長期和短期的時鐘和數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。通過更加深入地分析抖動指標，利用抖動測試結果，預測復雜系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸性能。

　　周期抖動用來衡量時鐘或數(shù)據(jù)周期樣點的邊沿到邊沿定時。例如，通過測量1000個時鐘周期上升沿之間的時間，可以對統(tǒng)計的周期取樣，統(tǒng)計數(shù)據(jù)會告訴您信號的質(zhì)量。標準偏差等價于RMS周期抖動，最大周期減去最小周期，得到峰到峰周期抖動。每個不同周期測量的精度決定著抖動測量的精度。

　　相位抖動用來衡量被測信號邊沿相對于一個參考信號邊沿的時間偏差，從而可以檢測到信號相位中的任何變化。這一指標在許多方面不同于周期測量指標。第一，它單獨使用每個邊沿，而沒有使用period周期測量，它可以測量大的時間位移。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行測量(360度等于一個周期或循環(huán)時間)。測量相位誤差常用的指標是時間間隔誤差(TIE)，測量結果用相對于度的秒來表示。TIE把信號邊沿與參考邊沿匹配起來，對各邊沿之差相加計算總和。在比較了大量的邊沿之后，可以為分析提供一個樣點集合。與上面的周期測量一樣，標準偏差變成RMS TIE，最大時間減最小時間得到峰到峰值(peak-to-peak)TIE等等。

　　2.4清晰顯示抖動測試波形與參數(shù)

　　TIE測試精度取決于構成樣點集合的各個測量的精度。而其波形和上升時間的描繪都是通過實時采樣電路和高速A/D變換器獲得波形數(shù)據(jù)，再通過插值運算得到的。由于DS1000數(shù)字示波器是5.7’64K色TFT彩色液晶屏 使對一個時鐘信號的不同抖動測試波形與參數(shù)顯示更加清晰，見圖2示意所示。

　　2.5良好的定時穩(wěn)定度與Sin(X)/X正弦內(nèi)插技術是測試精度的保證

　　對于具有定量指標要求的參數(shù)精度的測量非常重要關，而這方面所選用的示波器是否具有良好的定時穩(wěn)定度與Sin(X)/X正弦內(nèi)插技術有很重要的關系。特別對抖動測的精度更是如此，只有這樣才能以保證足夠的容許誤差和測量余量。這是為什么?

　　因其內(nèi)插誤差是指由在實際電壓樣點之間進行線性內(nèi)插導致的誤差。在測量100ps上升時間的信號、示波器以25GSa/s采樣率在50%電壓門限上進行檢測時，這一誤差要小于0.3ps RMS。值此應用DS1000數(shù)字示波器較高的Sin(X)/X正弦內(nèi)插技術減小誤差。在大多數(shù)情況下，這一原因?qū)е碌恼`差會遠小于其它誤差源，則通過使用如Sin(X)/X內(nèi)插，可以進一步減小這一誤差較為合適，當然也可有其它方法亦可改善。

　　而良好的定時穩(wěn)定度主要取決于包括DS1000示波器的抗干擾性能、定時穩(wěn)定度、取樣噪聲、儀器幅度本底噪聲和內(nèi)插誤差等因素。通過測定此DS1000數(shù)字示波器在這方面是能以良好的性能獲得了實時抖動測試的精度。由于DSl000數(shù)字示波器集成USB Host，支持U盤存儲、USB接口打印和直接系統(tǒng)升級功能，在軟件測試方面有較好的支持，故對示波器上所顯示的波形進行存儲和數(shù)據(jù)傳輸并通過打印機直接打印。