評估數字通信鏈路質(zhì)量的方法--眼圖測試

　　評估數字通信鏈路質(zhì)量的有效方法之一是眼圖，眼圖給出了每一位(第N位，介于N-1位隨機數和N+1位隨機數之間)的窗口。通信系統工程師一般采用傳統的測試儀器來(lái)測量和分析信道的誤碼率。但大部分專(zhuān)業(yè)工程師并不這樣做。對他們來(lái)說(shuō)，圖1電路提供了一個(gè)替代方法——激勵來(lái)自一個(gè)數字信號源。

　　電阻R1和R2構成了VCC/2偏置，并由C1旁路到地。一個(gè)1M?電阻(R3)被用作寬帶、小信號噪聲源。運放U1A 和 U1B提供5倍的交流電壓增益，但在低頻時(shí)，由于C2和C4的作用，增益降為1。U1B輸出經(jīng)過(guò)放大的噪聲進(jìn)一步驅動(dòng)比較器U2，U2輸出的數字信號適合作為U3A和U3BD類(lèi)觸發(fā)器的輸入。

　　圖1 用于眼圖測試的高質(zhì)量隨機數發(fā)生器

　　比較器輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器反饋到它的反相輸入端，形成一個(gè)占空比接近50%的輸出信號。這樣，在U3A的輸出端可以得到與電路輸入時(shí)鐘同步的隨機數據流。遺憾的是，比較器的輸出信號常常會(huì )影響U3A的建立和保持時(shí)間，引起較大抖動(dòng)。將數據流信號再經(jīng)過(guò)一個(gè)與時(shí)鐘同步的D觸發(fā)器(U3B)即可解決這個(gè)問(wèn)題。這個(gè)電路的工作速率可達62.5Mbps的(見(jiàn)圖2所示眼圖)。當工作于20Mbps時(shí)，抖動(dòng)小于200PS(峰-峰值)，適用于RS-422、RS-484、CAN、USB、RS-232、PROFIBUS等通信協(xié)議。

　　圖2 圖1輸出的20Mbps眼圖，最高可達62.5Mbps

　　需根據具體應用選擇運算放大器、比較器和D觸發(fā)器，運算放大器U1A、U1B的帶寬應達到用戶(hù)期望的最高輸出信號頻率(在本例中，MAX1428增益帶寬積達到25MHz)。該運放的穩定增益大于或等于10倍，但對現在的應用來(lái)說(shuō)，穩定性已不是主要關(guān)注的問(wèn)題。為得到合理量級的隨機數，比較器的傳輸延時(shí)應能達到所期望的最小比特率周期的水平(太大的傳輸時(shí)延可能會(huì )造成N-1、N、N+1之間的某一位丟失)。MAX961是一個(gè)好的選擇，其傳輸時(shí)延只有4.5ns。觸發(fā)器需提供快速的上升時(shí)間和干凈的邊沿，以及盡量小或沒(méi)有過(guò)沖?？蛇x擇74HVC74，以保持與運放和比較器相同的工作電壓范圍：2.7V-5.5V。74HVC74的工作電壓范圍可達2V-5.5V，最小開(kāi)關(guān)頻率可達80MHz(3V供電)。

　　該電路可采用2.7V-5.5V電源供電，為了得到最佳效果，時(shí)鐘擺幅最好能夠達到電源至地的滿(mǎn)擺幅范圍，且用50?負載進(jìn)行終端匹配。將輸出隨機數據流用一截短電纜連接到被測設備(DUT)，不要端接數據流信號，因為觸發(fā)器無(wú)法驅動(dòng)50?負載。由于觸發(fā)器對時(shí)鐘信號進(jìn)行2倍分頻，因此須采用所期望的輸出比特率為時(shí)鐘頻率(例如，為得到10Mbps的速率，時(shí)鐘頻率應設置為10MHz)。將被測設備的輸出連接到示波器，示波器帶寬應足以滿(mǎn)足測試要求，余輝應設為無(wú)限大，并利用時(shí)鐘源同步。