秘密武器助你從容應對噪聲檢測難題

關(guān)鍵字：噪聲檢測

如今的噪聲問(wèn)題已經(jīng)進(jìn)入下一個(gè)領(lǐng)域：高速串行背板。實(shí)際上，這與噪聲和抖動(dòng)都有關(guān)，嚴格地講，這是一個(gè)應用技術(shù)。Tektronix的Pavel Zivny將噪聲定義為“垂直(用于光信令的電壓或功率)方向上的所有不良現象”，并將抖動(dòng)有所區別地定義為“水平發(fā)方向(即時(shí)間方向)上的所有不良現象”。問(wèn)題在于由于這兩種現象共同作用而對誤碼率(BER)性能產(chǎn)生影響，因此很難分隔這兩個(gè)問(wèn)題。

現在已經(jīng)可以進(jìn)行大量串行數據測量，或者至少將測量表示出來(lái)用于分析，如圖1中的眼圖所示。在存儲管模擬示波器出現之后，工程師們開(kāi)始使用眼圖進(jìn)行定性分析。他們在一個(gè)重復的位圖上觀(guān)察兩個(gè)轉換過(guò)程，發(fā)現如果數據抖動(dòng)時(shí)，重疊的波形會(huì )趨于平緩。

早期的數字存儲示波器(DSO)帶有彩色顯示器，但內存相對較小，通過(guò)用顏色顯示抖動(dòng)事件的相對分布情況，這種示波器增加了第三種定性關(guān)系。目前的DSO的速度較快，其內存可以存儲長(cháng)數據序列，DSP引擎能夠進(jìn)行數據分析，可對眼圖測量進(jìn)行定性分析。

這種示波器還可以簡(jiǎn)化設置，并提供標準圖像波罩，并將圖像用于可行/不可行測試(請參閱“眼圖樣本尺寸和定時(shí)”)。

為了了解廣義上的噪聲影響串行數據傳輸的原因，這里引入幾個(gè)眼圖。圖2a是一個(gè)好信號的眼圖。接收器將有短暫的時(shí)間用于檢測傳輸。在圖2b中，眼圖中的電壓是固定的，因此問(wèn)題不在于電壓，但是定時(shí)邊沿的抖動(dòng)非常厲害。在圖2c中，定時(shí)邊沿沒(méi)問(wèn)題，但是信號在垂直面的雜聲狀況很差，可能來(lái)自電源。

圖2d為同時(shí)有噪聲和抖動(dòng)問(wèn)題的信號。接收器比較器將不得不與低噪聲相比，從而在高電平和低電平之間控制較窄的電壓范圍。另外，由于傳輸向前后來(lái)回移動(dòng)，用于了解信息的電路的定時(shí)邊沿逐漸減小。

誤碼率

這些測量的實(shí)際目的是評估不同抖動(dòng)和噪聲對誤碼率的影響(圖3)。抖動(dòng)有很多組成部分。而噪聲則主要分為隨機噪聲和確定性噪聲。

隨機噪聲是我們使用示波器或頻譜分析儀觀(guān)察信號時(shí)通常所指的噪聲或RMS噪聲。確定性噪聲則被分成周期噪聲，這種噪聲具有與信令位速率無(wú)關(guān)的清晰的頻譜分布。例如，來(lái)自電源的串擾就是一種周期噪聲。串行數據未在處理器時(shí)鐘上運行時(shí)，處理器時(shí)鐘也會(huì )出現周期性噪聲。

數據相關(guān)噪聲(DDN)能以取決于位圖的方式捕捉位速率造成的損害，如lonely-low圖(在這種圖中，許多電平為一的兩端分布著(zhù)零電平)。DDN通常是由ISI (碼間干擾)引起的，即由于傳導或電容性耦合、損失或傳輸線(xiàn)路的影響，能量從一個(gè)位耦合到相鄰位的物理機制引起的。

眼圖測量

LeCroy的Mike Hertz表示，由于儀器的內存中可獲得完整的數據記錄，因此通過(guò)將原始波形中每個(gè)位的間隔與預載入的波罩進(jìn)行比較，可以確定單個(gè)位的位置。當打開(kāi)波罩測試時(shí)，整個(gè)波形將被逐位掃描，并與波罩進(jìn)行比較。

一旦檢測到波罩碰撞，將保存位碼，并生成位值表。這個(gè)表是經(jīng)過(guò)排序的，從波形的第一個(gè)位開(kāi)始。它可以用來(lái)索引回原始波形，以顯示壞位的波形。某些眼圖測量被指定為許多標準的必需測試項目?；镜难蹐D測試包括振幅和定時(shí)。

眼圖振幅是零電平信號分布與電平為一的信號分布平均數之差。眼圖振幅測量是通過(guò)在眼圖中央位置附近區域(通常為零點(diǎn)交叉時(shí)間之間距離的20%)分布振幅值進(jìn)行的。

眼圖高度是信噪比測量，除了零電平與一電平之間的標準偏差是從眼圖振幅中減去之外，它與眼圖振幅非常相似。

眼圖寬度則反映信號的總抖動(dòng)。交叉點(diǎn)之間的時(shí)間是基于信號中的兩個(gè)零交叉點(diǎn)處的直方圖平均數計算而來(lái)，每個(gè)分布的標準偏差是從兩個(gè)平均數之間的差值相減而來(lái)。

光纖上的光學(xué)信號需要另外一種眼圖測量，稱(chēng)為“消光比”。需要測量它是因為激光發(fā)射器在數據傳輸期間不會(huì )完全關(guān)閉。消光比的定義很簡(jiǎn)單，它是打開(kāi)狀態(tài)與關(guān)閉狀態(tài)時(shí)激光的光功率之比。進(jìn)行激光功率測量比電壓測量更為復雜，這是因為前者需要在測量設備前端采用光電轉換器。

至于定時(shí)測量，其眼圖交叉點(diǎn)是指電平從零向一以及從一向零的轉換中達到同一振幅的點(diǎn)。它以眼圖振幅的百分比表示。測量?jì)x器展示眼圖的水平切片，并以最小直方圖寬度截取切片。

如果你截取的是垂直切片而非水平切片，那么你可以測量平均功率，即整個(gè)數據流的平均值。與分隔一和零直方圖的眼圖振幅測量不同，平均功率是直方圖的平均值。如果數據編碼正常工作，平均功率應為總眼圖振幅的50%。

誤碼率的提取

BER計算的基本部分為時(shí)間間隔錯誤(TIE)，即數據邊沿和恢復時(shí)鐘邊沿之間的差。TIE直方圖的測量可以確定抖動(dòng)值超過(guò)給定最大值的可能性。

為了獲得BER，數據樣本的TIE將以TIE值與該值出現次數的直方圖的形式表示。這樣做的目的是為了確定數據傳輸與數據采樣同時(shí)發(fā)生的可能性。如果數據同時(shí)也在被采樣的話(huà)，直方圖將有可能有條件地在位周期內的給定時(shí)間出現數據邊沿。浴缸曲線(xiàn)(產(chǎn)品失效曲線(xiàn))以圖形方式顯示了這種關(guān)系(圖4)。

系統通常在10-12范圍內指定誤碼率。以10-12的范圍測量一以下可能性的事件會(huì )產(chǎn)生過(guò)多邊沿，以致于無(wú)法獲取這些邊沿，而現在的儀器也無(wú)法存儲這么多的邊沿。這將需要從較小規模的測量中對直方圖進(jìn)行歸納。