基于數(shù)字示波器的高精度抖動(dòng)測(cè)試方法
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JNF測(cè)試實(shí)例
通過(guò)和示波器的DTA指標(biāo)相結(jié)合，JNF可以幫助確定該示波器在時(shí)間域中進(jìn)行有效精確測(cè)量的能力。圖3 所示為泰克TDS6154C示波器測(cè)量一個(gè)穩(wěn)定信號(hào)源(如BERT或RF發(fā)生器)信號(hào)的性能。圖3測(cè)試使用的內(nèi)存長(zhǎng)度約為5ns，TIE測(cè)試結(jié)果為 326fs RMS。這種測(cè)試方法對(duì)應(yīng)于其它示波器廠商提供的抖動(dòng)測(cè)量本底噪聲指標(biāo)(JMF)，它們的測(cè)試方法類(lèi)似。由于在JMF指標(biāo)下示波器的時(shí)基設(shè)置只能測(cè)試到大約200 MHz(5ns的倒數(shù))的抖動(dòng)頻率。它無(wú)法全面反映該示波器的抖動(dòng)測(cè)試能力，所以泰克示波器提供JNF指標(biāo)來(lái)表征實(shí)際情況下抖動(dòng)測(cè)試能力。JMF和JNF 指標(biāo)在絕大多數(shù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中不能互換。
圖3采集5ns穩(wěn)定時(shí)鐘波形得到的JNF測(cè)試結(jié)果(對(duì)應(yīng)于其它示波器廠商提供的JMF指標(biāo))
圖4表明了使用更長(zhǎng)的內(nèi)存記錄長(zhǎng)度，連續(xù)采集10us信號(hào)得到的更合理結(jié)果。在這種情況下，TDS6154C 測(cè)試的TIE只是略有提高，為374fs。它的采集顯示了在更長(zhǎng)的采集時(shí)間上的抖動(dòng)本底噪聲，其中包括直到大約100kHz(10us的倒數(shù))的低頻噪聲。這可以更全面地查看信號(hào)上超過(guò)100K的噪聲，但仍不能完全表示示波器的使用方式。當(dāng)在40GS/s采樣率下連續(xù)采集10us信號(hào)時(shí)，需要400K的記錄長(zhǎng)度。這個(gè)記錄長(zhǎng)度設(shè)置已經(jīng)接近有些示波器的測(cè)試極限。
圖4：采集10us穩(wěn)定時(shí)鐘波形得到的JNF測(cè)試結(jié)果。
圖5表明了在40 GSa/s取樣速率、40 Mpts采集內(nèi)存、連續(xù)采集1 ms時(shí)間后對(duì)穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行的TIE測(cè)量，這一時(shí)間比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手示波器最長(zhǎng)的內(nèi)存長(zhǎng)度要長(zhǎng)20倍。1ms采集結(jié)果中包括從1 kHz直到示波器帶寬的噪聲來(lái)源，本例中的TDS6154C示波器帶寬是15 GHz，1ms采集可以直接查看從15 GHz直到1 kHz的信號(hào)抖動(dòng)和調(diào)制效應(yīng)。
通過(guò)圖3可以看出TIE測(cè)試結(jié)果約為1.0ps RMS，但更重要的是最大定時(shí)誤差的峰到峰值。在1 ms采集中，峰值定時(shí)誤差指標(biāo)小于±7ps，周期間誤差約為±4ps峰值。如果考慮一下目前儀器的典型使用方式，并看一下基于PLL的TIE測(cè)量，誤差要降低到±3ps峰值以下，在所示的40M采樣點(diǎn)、1ms記錄中要降低到500fs RMS以下。實(shí)際儀器的JNF小于顯示的值，因?yàn)樾盘?hào)源中也有噪聲。
圖5：采集1ms穩(wěn)定時(shí)鐘波形得到的1K到15G的所有抖動(dòng)結(jié)果。
在當(dāng)前的高速總線標(biāo)準(zhǔn)中，如FBD、PCI Express和DDR2，示波器可以采集和處理長(zhǎng)記錄長(zhǎng)度，顯示周期間相關(guān)性，檢驗(yàn)參考時(shí)鐘的調(diào)制特性，檢驗(yàn)PLL和時(shí)鐘恢復(fù)性能。通過(guò)圖3可以看到 TDS6154C在40 GS/s 40Mpt記錄長(zhǎng)度上擁有非常好的長(zhǎng)期性能。
結(jié)論
面對(duì)當(dāng)前各種時(shí)鐘和數(shù)據(jù)的抖動(dòng)測(cè)試需求，選擇合適的示波器和測(cè)試方法是第一步。在進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試前，需要了解示波器對(duì)抖動(dòng)測(cè)試精度影響的關(guān)鍵指標(biāo)和測(cè)試方法，例如JNF、DTA等，以及不同測(cè)試參數(shù)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，這是保證高精度抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果的前提。
抖動(dòng)測(cè)試時(shí)不僅需要對(duì)示波器整體性能進(jìn)行評(píng)估，例如示波器的帶寬，采樣率，還需要與之匹配的高采樣率下的采集內(nèi)存長(zhǎng)度，這樣才能測(cè)量從接近DC直流到儀器帶寬的抖動(dòng)，同時(shí)保持各種相位和諧波關(guān)系，對(duì)被測(cè)信號(hào)的抖動(dòng)有一個(gè)全面的分析。
抖動(dòng)是一種DC到超高頻的現(xiàn)象，當(dāng)試圖發(fā)現(xiàn)抖動(dòng)產(chǎn)生的根源時(shí)，必需能夠查看整個(gè)抖動(dòng)頻譜，從不到千赫茲的電源頻率直到幾百兆赫的相鄰時(shí)鐘和數(shù)據(jù)頻率干擾。 TDS6000B/C和TDS7000B系列示波器不僅提供為您提供了與帶寬，采樣率匹配的高速存儲(chǔ)長(zhǎng)度，還提供業(yè)內(nèi)最高的抖動(dòng)測(cè)試精度。
評(píng)論