為抖動測量而設(shè)計的專用測試設(shè)備各種各樣，但價格都非常高而且對某些應(yīng)用來說太過專業(yè)而不適用。其實利用普通數(shù)字采樣示波器設(shè)計人員也能準(zhǔn)確快速地進(jìn)行確定性抖動測量成本比所預(yù)計的要低很多。本文介紹針對較短的測試序列如何用示波器進(jìn)行抖動測量。 
　　準(zhǔn)確的抖動測量對以太網(wǎng)和光通路元件來說是一個挑戰(zhàn)。抖動可以分成兩類，超聲波測厚儀即隨機(jī)性(無界限)抖動和確定性(有界限)抖動。確定性抖動(DJ)包括在受控條件下能夠重現(xiàn)的所有抖動可以再細(xì)分為周期抖動(PJ)、測試序列模板造成的抖動(PDJ)、脈寬失真(DCD)和有限無關(guān)聯(lián)抖動。 
　　產(chǎn)生確定性抖動的主要原因有： 
　　1．基準(zhǔn)電平模糊。由系統(tǒng)低頻截止點引起它會在長串連續(xù)同樣數(shù)字(CID)附近產(chǎn)生抖動。 
　　2．系統(tǒng)帶寬不足。這會阻止某些脈沖達(dá)到穩(wěn)態(tài)水平在分隔的脈沖(如..010..或..101..數(shù)據(jù)序列)上引起抖動。 
　　3．放大器偏置。可在每次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時引起脈寬變形。 
　　4．非線性放大器效應(yīng)。它會產(chǎn)生不可預(yù)測的抖動影響經(jīng)常在長串CID之后引起抖動。 
　　5．電源噪聲和串?dāng)_。會產(chǎn)生與數(shù)據(jù)輸入無關(guān)的抖動(有時稱作有限無關(guān)聯(lián)抖動)。 
　　光纖通訊系統(tǒng)中抖動會在每個元件上累積。在接收端時鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路(CDR)分析數(shù)據(jù)并分解出串行速率時鐘CDR上的抖動表現(xiàn)為時鐘速率小頻率變化。緩慢的變化(小頻率抖動)很容易跟蹤而快速變化(高頻抖動)則不那么容易。如果接收端有太多高頻抖動時鐘就不能分解出來于是在數(shù)據(jù)通信中出現(xiàn)大量錯誤。 
　　抖動余量考慮 
　　為防止上面所說的這種情況出現(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)計人員應(yīng)考慮采用抖動余量。注意確定性抖動是線性增加的(在最壞情況下所有抖動源都加在一起)而隨機(jī)性抖動則以幾何倍數(shù)增加(平方和再開方)這里假設(shè)引起隨機(jī)性抖動的噪聲源是獨立無關(guān)的。將抖動元件分開會使每個元件產(chǎn)生的抖動更加隨機(jī)這有幾個好處包括鏈接距離更長及元件成本更低。 
　　應(yīng)注意的是確定性抖動測量誤差總是使元件確定性抖動顯得更大而且是直接從余量中減去隨機(jī)性抖動測量誤差沒有這么嚴(yán)重所以更需要準(zhǔn)確測量確定性抖動。 
　　測量確定性抖動需要知道一個數(shù)據(jù)模板序列。K28.5是測量光纖通道和工作在1Gb/s到3.125Gb/s以太網(wǎng)系統(tǒng)抖動通常指定的序列模板該序列是8B/10B譯碼表中的一個特殊字符經(jīng)常表示一幀的開始或結(jié)束。重復(fù)的K28.5序列(輪流由K28.5+和K28.5-構(gòu)成)含有數(shù)據(jù)串0011111010110000010它有五個連續(xù)的1和五個連續(xù)的0(8B/10B譯碼數(shù)據(jù)中最長連續(xù)同樣數(shù)字)它還含有分開的1-010和0-101。 
　　重復(fù)的K28.5序列可用于測量因基準(zhǔn)電平模糊、低帶寬和偏置引起的確定性抖動其它序列更適合于測量非線性影響引起的抖動。 
　　抖動測量 
　　用示波器測量確定性抖動通常有三種方法分別是眼圖法、平均眼圖法和平均交叉測量法(表1)。 
　　使用眼圖法時示波器將同時顯示多個交叉的波形可以迅速看到整體抖動情況(確定性抖動和隨機(jī)性抖動結(jié)合在一起)。眼圖法的主要優(yōu)點是速度快和設(shè)置方便圖1顯示了測試設(shè)備和被測器件(DUT)的典型設(shè)置。但眼圖既不能把隨機(jī)性抖動和確定性抖動分離開也不能將測試系統(tǒng)引起的抖動去掉。 
　　用眼圖法時應(yīng)清楚觸發(fā)方式會掩蓋大部分確定性抖動例如假設(shè)序列發(fā)生器每10個時鐘周期提供一次觸發(fā)如果序列長度是偶數(shù)那么示波器就不會在奇數(shù)位上觸發(fā)這會將一些轉(zhuǎn)換掩蓋掉利用奇數(shù)長度序列或在序列發(fā)生器時鐘輸出上的觸發(fā)可以避免這個問題。 
　　如果被測器件含有時間再生電路(時鐘恢復(fù)或再定時器)應(yīng)采用好的鎖相環(huán)來恢復(fù)示波器觸發(fā)時鐘該鎖相環(huán)是針對特定協(xié)議的。另外如果被測器件內(nèi)有光學(xué)元件還需要增加適當(dāng)?shù)墓庾儞Q器(光-電或電-光轉(zhuǎn)換器)。必要時可假設(shè)光轉(zhuǎn)換器或鎖相環(huán)已包含在測試設(shè)備里。 
　　有些示波器提供的平均模式能去除眼圖中的隨機(jī)性抖動這種模式與基本眼圖相比精確性和可重復(fù)性都更高但與觸發(fā)有關(guān)的問題同樣存在。 
　　平均交叉測量法在K28.5序列上能準(zhǔn)確測量確定性抖動的大部分來源其步驟如下： 
　　1．如圖1所示連接好被測器件將示波器觸發(fā)設(shè)為序列模板。 
　　2．在示波器屏幕上顯示整個K28.5序列。 
　　3．計算屏幕上每次轉(zhuǎn)換的預(yù)期交叉時間(最好是單位時間間隔但應(yīng)跳過沒有轉(zhuǎn)換的單位時間間隔)。 
　　4．反復(fù)進(jìn)行平均運(yùn)算。 
　　5．把交叉制成表格并計算抖動重復(fù)K28.5序列(001111101011000001010)有10個交叉。 
　　6．保證信號填滿垂直平面的至少2/3這樣可使示波器的數(shù)字化性能最佳。 
　　7．示波器主要位置設(shè)定盡可能小(使延遲離開觸發(fā)顯示盡可能短以減少觸發(fā)抖動)。 
　　8．使用最大水平分辨率(多個水平點)。 
　　9．反復(fù)進(jìn)行平均(平均64到1,000次)以減少隨機(jī)性抖動。 
　　注意周期性抖動和有限無關(guān)聯(lián)抖動不能用已平均的示波器波形來捕捉應(yīng)采用其它方法測量如果能安全假設(shè)被測器件不會產(chǎn)生大量這類抖動那就可用平均交叉測量。 
　　對于使用擾頻器的系統(tǒng)該技術(shù)則太過困難用不能使用因為這類系統(tǒng)的測試序列一般都很長。例如通常用于測試擾頻數(shù)據(jù)系統(tǒng)的223-1偽隨機(jī)二進(jìn)制序列長度超過800萬比特對如此長的圖形進(jìn)行平均交叉測量很慢而且也不準(zhǔn)確。 
　　增強(qiáng)準(zhǔn)確性 
　　當(dāng)今很多元件的確定性抖動與模板發(fā)生器和示波器的差不多或更小因此要準(zhǔn)確確定這些元件的抖動就要先找出測試系統(tǒng)引入的抖動然后對測量進(jìn)行調(diào)整。把被測器件從測試裝置上拿掉并判定數(shù)據(jù)圖形每次轉(zhuǎn)換的抖動可測出系統(tǒng)誤差然后把被測器件放回到測試系統(tǒng)再次測量抖動值可通過算術(shù)方法判定出被測器件產(chǎn)生的抖動。 
　　這里介紹的平均交叉測量方法非常適合于使用8B/10B編碼系統(tǒng)的以太網(wǎng)和光纖通道元件的確定性抖動測量僅采用常用測試設(shè)備就可進(jìn)行準(zhǔn)確可重復(fù)的抖動測量。

相關(guān)推薦：

上一篇：萬用表各擋量程選擇及測量誤差分析

下一篇：選擇正確的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)