基于數(shù)字示波器的高精度抖動測試方法
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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，在整個數(shù)字系統(tǒng)中更加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，提高系統(tǒng)性能和穩(wěn)定性。像PCI-Express、FBD、InfiniBand、SerialATA和 DVI等都對于時鐘和數(shù)據(jù)抖動有明確要求。本文針對示波器進行的實時抖動測試方法，探討了影響抖動測試結(jié)果的關(guān)鍵因素。
典型的抖動測試方法
為成功地設(shè)計高速數(shù)字系統(tǒng)，不僅需要理解什么是抖動，計算抖動的大小，還需要對不同的抖動分量進行隔離和分解，分析造成抖動的原因，進而避免在高速系統(tǒng)中出現(xiàn)抖動造成的系統(tǒng)故障。在了解抖動測試前，明智選擇合適的抖動測試工具和方法成為整個抖動測試工作的第一步。目前有幾種抖動測試工具可供選擇，誤碼儀 (BERT)直接測試系統(tǒng)的誤碼率，但是價位昂貴，功能單一，不適合設(shè)計人員和調(diào)試人員；采用時間間隔分析儀測試抖動也存在功能單一，抖動分析能力不足的限制。高性能數(shù)字示波器成為當前最流行的抖動測試工具。
對于數(shù)字示波器而言，典型的抖動測試方法主要有2種：
1) 采用數(shù)字存儲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)計測量定時抖動。等效采樣的缺點是無法消除示波器自身的觸發(fā)抖動對測試結(jié)果的影響，并且由于它采用的是多次觸發(fā)、多次采集、累計顯示的工作方式，對于電路設(shè)計和調(diào)試而言受到較多的限制，無法進行深層的抖動分析。
2) 更為流行的方法是采用數(shù)字存儲示波器的實時捕獲模式，單次觸發(fā)，連續(xù)采集大量數(shù)據(jù)，配合相應(yīng)的抖動測試軟件進行抖動測試。對比于等效采樣方法它消除由于示波器自身的觸發(fā)抖動對測試結(jié)果造成的影響，并且能夠進行復(fù)雜的抖動分析和抖動分解得到每一個抖動分量，幫助設(shè)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，在美國國家信息標準委員會(INCITS)下屬的T11.2組織在有關(guān)抖動和信號完整性方法論(MJSQ)中，推薦泰克實時示波器配合TDSJIT3抖動分析軟件進行抖動測試和分析。圖1是TDSJIT3實時抖動測試結(jié)果。
圖1：TDSJIT3進行高速數(shù)據(jù)的抖動測試和分解。
抖動測試
抖動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(jié)果，預(yù)測復(fù)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1,000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。標準偏差變成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”或“cycle”一類的說法。第二，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(jié)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TIE等等。TIE測試精度取決于構(gòu)成樣點集合的各個測量的精度。圖2顯示的是對一個時鐘信號的不同抖動測試參數(shù)。
圖2：典型的時鐘信號抖動測試參數(shù)。
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