深入淺出談高速串行信號(hào)測(cè)試（二）

在這篇文章中我們深入討論一下高速信號(hào)中最主要的方面——抖動(dòng)。在上一篇中我們知道現(xiàn)在數(shù)字電路發(fā)展的趨勢(shì)是并行向串行發(fā)展，而串行速率也在不斷的提高，下圖是流行的串行總線發(fā)展趨勢(shì)圖：

圖：高速串行總線發(fā)展趨勢(shì)

抖動(dòng)的定義：“信號(hào)的某特定時(shí)刻從其理想時(shí)間位置上的短期偏離為抖動(dòng)”。
參考: Bell Communications Research, Inc (Bellcore), “Synchrouous Optical Network (SONET) Transport Systems: Common Generic Criteria, TR-253-CORE”, Issue 2, Rev No. 1, December 1997

分析一下抖動(dòng)的定義，有兩個(gè)要點(diǎn)：抖動(dòng)是時(shí)間的誤差；抖動(dòng)是實(shí)際與理想之間的誤差。因此，在測(cè)試抖動(dòng)的時(shí)候，我們需要明確這是一個(gè)時(shí)間量的測(cè)試；并且需要找到與之比較的理想信號(hào)。

越來越快的數(shù)據(jù)率意味著承載信息的比特位的時(shí)間長(zhǎng)度（Unit Interval）會(huì)越來越短。對(duì)于1Gbps的LVDS信號(hào)，100ps Pk-Pk的抖動(dòng)也許不算什么；但是對(duì)于PCIE Gen2.0，100ps pk-pk的抖動(dòng)意味著會(huì)占據(jù)一半的UI。而Receiver數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)恰好位于50%UI的位置，100ps的抖動(dòng)對(duì)PCIE Gen2是不能接受的。

抖動(dòng)的類型有很多，不同的定義之間會(huì)有很大的差別。通常我們會(huì)在“抖動(dòng)”這個(gè)術(shù)語前面增加一些限定詞：如TIE抖動(dòng)、cycle-cycle抖動(dòng)、period jitter等。根據(jù)抖動(dòng)的測(cè)試對(duì)象不同，我們可以簡(jiǎn)單的把抖動(dòng)分為時(shí)鐘抖動(dòng)、數(shù)據(jù)抖動(dòng)；時(shí)鐘抖動(dòng)中可以細(xì)分為period jitter、cycle-cycle jitter；數(shù)據(jù)抖動(dòng)主要是TIE。

TIE（Time interval Error）顧名思義及時(shí)數(shù)據(jù)信號(hào)各個(gè)條邊沿和理想信號(hào)條邊沿之間的差異。那么何謂理想的信號(hào)呢？我們想象一個(gè)數(shù)據(jù)率為2.5Gbps的理想信號(hào)，其一個(gè)UI的寬度是數(shù)學(xué)意義上的400ps；實(shí)際的測(cè)試值多少會(huì)偏離這個(gè)理想的情況。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，理想的數(shù)據(jù)都是通過CDR之后的得到的clock來計(jì)算的。我們可以回憶一下上一節(jié)討論到的CDR的意義。

圖：數(shù)據(jù)TIE的定義。t1,t2,t3...為TIE樣本

我們?cè)趯?shí)際工作中是怎么測(cè)量抖動(dòng)的呢？Long long ago, there was no jitter analysing software...

圖：利用示波器基本功能進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試

利用觸發(fā)將信號(hào)穩(wěn)定在示波器上，測(cè)量觸發(fā)邊沿下一個(gè)周期的、過參考電平處的信號(hào)分布。圖上藍(lán)色的圖形（直方圖）反映了抖動(dòng)的分布。可以測(cè)量直方圖的pk-pk，RMS，Mean等等。這種方法簡(jiǎn)單易行，新老咸宜，既是使用最老信號(hào)的Tek示波器都可以做出這樣的測(cè)試。但是這種測(cè)試方法存在的很大的誤差，測(cè)試的時(shí)間越長(zhǎng)、積累的波形越多，抖動(dòng)的pk-pk就會(huì)越大。因此，這種測(cè)試方法僅僅適合粗略的觀測(cè)。回顧一下TIE抖動(dòng)的定義，就會(huì)明白這里并沒有涉及到理想的信號(hào)。

另外一種方法是利用到示波器的內(nèi)存長(zhǎng)度，結(jié)合分析軟件，對(duì)示波器所采集的信號(hào)進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試以及分析。例如Tek提供的DPOJET抖動(dòng)、眼圖和時(shí)序測(cè)試平臺(tái)軟件，除了能夠完成各種類型抖動(dòng)測(cè)試之外，還提供了分析的抖動(dòng)分析功能。

圖：抖動(dòng)分析

這張樹狀圖是最基本的抖動(dòng)分析圖，將最終系統(tǒng)的誤碼率分解為兩個(gè)部分：總抖動(dòng)和總噪聲。在總抖動(dòng)中，根據(jù)引起抖動(dòng)的不同原因，又將抖動(dòng)分為隨機(jī)抖動(dòng)和確定性抖動(dòng)。

隨機(jī)抖動(dòng)（Random Jitter）在統(tǒng)計(jì)上服從高斯分布，其干擾源可能是存在在芯片中成千上萬個(gè)MOS管中正在的向空穴中移動(dòng)的電子；或是外在的背景輻射噪聲。(最好祈禱隨機(jī)抖動(dòng)不要太大，否則很難保證系統(tǒng)誤碼率指標(biāo)）

確定性抖動(dòng)處理起來就好辦多了，畢竟他們都是有章可循的。每一種確定性抖動(dòng)都會(huì)對(duì)應(yīng)著固定的干擾源，我們從他們的名字上就能知道他們所代表的含義，不是么？