10G信號抖動(dòng)測量的檢定分析方法

　　最常見(jiàn)的抖動(dòng)捕捉分析儀器是實(shí)時(shí)示波器?，F代數字化儀表緊緊跟隨逐漸提升的數據率步伐，可配置對抖動(dòng)及其分量進(jìn)行詳細分析的集成應用軟件。不過(guò)，選擇范圍并不局限于DSA和DPO。其他完全不同的工具也有自己的優(yōu)勢，其測量能力會(huì )出現部分重疊。這些工具包括誤碼率測試儀(BERT)、抖動(dòng)分析儀、計數器/定時(shí)器和頻譜分析儀。

　　實(shí)時(shí)示波器是電子研發(fā)和設計中最常用的測量工具之一，因此當需要分析研究抖動(dòng)問(wèn)題時(shí)，它很可能成為第一道“防線(xiàn)”。DSA/DPO可在其帶寬和分辨率范圍內進(jìn)行幾乎所有類(lèi)型的抖動(dòng)測量。

　　DSA/DPO具有抖動(dòng)測量多功能性的原因在于：它可在多個(gè)DUT工作周期內捕捉很長(cháng)的時(shí)間窗。由于示波器的采樣存儲器中保存著(zhù)過(guò)去很長(cháng)時(shí)間波形活動(dòng)的歷史記錄，因此我們能對隨著(zhù)上升時(shí)間、脈沖寬度和各種抖動(dòng)變化而變化的屬性進(jìn)行研究。

　　能處理10Gbps數據率的高端示波器的適用特性如下：

　　* 20 GHz帶寬;

　　* 抖動(dòng)本底噪聲低，大約300fs(300 x 10-15s)，能夠最小化DUT抖動(dòng)測量對示波器的依賴(lài)性。

　　* 8位捕捉，提供了足以應對最新串行標準的動(dòng)態(tài)范圍，適合16級調制方案。

　　方程式的重要部分是能提供使抖動(dòng)測量和分析自動(dòng)完成的工具集。抖動(dòng)測量屬于一個(gè)精細學(xué)科，但也有助于提供專(zhuān)用的軟件解決方案(假設示波器平臺支持這種功能)。

　　有些應用的要求超過(guò)了實(shí)時(shí)DSA/DPO示波器的能力。這些儀器的實(shí)時(shí)帶寬和分辨率必須與DUT的數據率及其諧波相當。此外，部分形式的多級調制對儀器區分不同級別的能力有苛刻的要求。這種情況下，采用另一種抖動(dòng)測量工具將更為合適。

　　采樣示波器

　　取樣示波器給抖動(dòng)測量提供了較寬的帶寬。取樣示波器可能是觀(guān)察數據率高達60Gbps信號的唯一有效工具。而且，當需要捕捉相對較“慢”的信號諧波時(shí)，也適合采用取樣示波器。

　　取樣示波器根據重復性輸入樣本來(lái)構建波形采集，波形樣本來(lái)源于無(wú)數個(gè)周期。許多類(lèi)型的串行設備都能提供產(chǎn)生這種重復波形流的診斷回路，或者利用外部數據生成器作為驅動(dòng)源。

　　取樣示波器可配置應用特有的抖動(dòng)/噪音分析軟件包，以提供抖動(dòng)分離、噪聲分離和BER目測等抖動(dòng)分析功能。

　　影響抖動(dòng)測量的示波器特性

　　定時(shí)精度是單次定時(shí)測量最重要的技術(shù)要求，因為它決定著(zhù)測量值有多接近實(shí)際值。它既考慮了可重復性，也考慮了分辨率。定時(shí)精度由許多因素決定，包括采樣間隔、時(shí)基準確度、量化誤差、內插誤差、放大器垂直噪聲和取樣時(shí)鐘抖動(dòng)。其中任何一種因素都會(huì )造成定時(shí)誤差，而所有因素共同作用構成增量時(shí)間精度(DTA)。高端示波器的DTA近似等于：

　　式中： A = 輸入信號幅度(V)

　　trm =10~90%被測量的上升時(shí)間(s)

　　N=輸入參考噪聲(VRMS)

　　tj=中/短期孔徑不確定性(sRMS)

　　TBA =時(shí)基準確度(2ppm)

　　持續時(shí)間(duration)=增量時(shí)間測量值(sec)

　　所有這些都假設是采用高斯濾波器響應產(chǎn)生的邊沿波形。

　　特定儀器的特殊DTA信息可以通過(guò)查閱其手冊找到。通常情況下，規范意味著(zhù)對任何邊-邊的定時(shí)測量都可確定結果精度，對NIST是有保障并可追溯的。上面的方程式中含有標度、信號幅度、輸入噪聲和其他影響因素。DTA這個(gè)話(huà)題太復雜，無(wú)法在本文中進(jìn)行全面的解釋。不過(guò)，如果試圖按飛秒級來(lái)檢定定時(shí)系統，則應考慮DTA。

　　測量分辨率

　　測量分辨率定義了可靠檢測測量變化的能力，不要把它和測量精度，甚至是測量重復性相混淆。在定時(shí)測量中，分辨率是辨別信號定時(shí)中細微變化的能力，而不管變化是有目的的，還是由噪音引起的。硬件計數器的位寬度、甚至計數器的電頻寬等基本因素，都會(huì )限制定時(shí)分辨率。某些隱性的因素，如執行算術(shù)平均運算的軟件等，也會(huì )對定時(shí)分辨率構成限制。

　　硬件定時(shí)器中，如像典型時(shí)間間隔分析器(TIA、SIA)等，其定時(shí)分辨率的硬件限制在數百飛秒。如果硬件計數器或等效電路的時(shí)鐘定在5GHz，那它就無(wú)法檢測到小于0.2ps的任何變化。這是器件的物理局限。

　　實(shí)時(shí)示波器的定時(shí)分辨率則受到采樣率、內插精度和基于軟件的數學(xué)運算庫的限制。在使用50Gsps采樣率和SIN(X)/X內插時(shí)，分辨率可能會(huì )達到幾十飛秒。因為在這種情況下分辨率是基于數學(xué)運算庫的，因此實(shí)際分辨率低于一飛秒(0.0001ps)。

　　分辨率體現著(zhù)測量定時(shí)中極細微變化的能力，但這可能并不一定反映真實(shí)情況。想想，當測量變化小于儀器內的固有噪聲時(shí)，會(huì )發(fā)生什么情況?因此，在測量小幅噪聲或抖動(dòng)時(shí)，必須考慮示波器系統的抖動(dòng)本底噪聲。只是簡(jiǎn)單地知道系統分辨率，對理解精度或示波器的整體能力的實(shí)際極限并沒(méi)有什么幫助。