信號完整性系列之十七—— 基于誤碼率的眼圖測試，ISOBER

眼圖測試是高速串行信號物理層測試的一個(gè)重要項目。眼圖是由多個(gè)比特的波形疊加后的圖形，從眼圖中可以看到：數字信號1電平、0電平，信號是否存在 過(guò)沖、振鈴？抖動(dòng)是否很 大？眼圖的信噪比？上升下降時(shí)間是否對稱(chēng)（占空比）？眼圖反映了大數據量時(shí)的信號質(zhì)量，可以最直觀(guān)的描述高速數字信號的質(zhì)量與性能。如圖1所示為某 1.25G信號的眼圖?？梢钥吹皆撔盘柕亩秳?dòng)較大。另外，在很多高速數字信號的標準中，定義了不同測量點(diǎn)的眼圖模板。圖1的深藍色部分是眼圖模板，測量到 的眼圖不能觸碰到該模板。

在實(shí)時(shí)示波器中，通常使用連續比特位的眼圖生成方法。力科于2002年在業(yè)界最早采用連續比特位的眼圖測試方法。首先，示波器采集到一長(cháng)串連續的數 據波形；然后，使用軟件CDR恢復時(shí)鐘，用恢復的時(shí)鐘切割每個(gè)比特的波形，從第1個(gè)、第2個(gè)、第3個(gè)、一直到第n-1個(gè)、第n個(gè)比特；最后一步是把所有比 特重疊，得到眼圖。

什么是BER?

在數字電路系統中，發(fā)送端發(fā)送出多個(gè)比特的數據，由于多種因素的影響，接收端可能會(huì )接收到一些錯誤的比特（即誤碼）。錯誤的比特數與總的比特數之比 稱(chēng)為誤碼率，即Bit Error Ratio，簡(jiǎn)稱(chēng)BER。誤碼率是描述數字電路系統性能的最重要的參數。在GHz比特率的通信電路系統中（比如Fibre Channel、PCIe、SONET、SATA），通常要求BER小于或等于 。BER= 指的是發(fā)送/接收了10 個(gè)比特，只允許1個(gè)比特出錯。誤碼率較大時(shí)，通信系統的效率低、性能不穩定。影響誤碼率的因素包括抖動(dòng)、噪聲、信道的損耗、信號的比特率等等。

基于誤碼率的眼圖輪廓測試（BER Eye Contour）－力科稱(chēng)為ISOBER

在上文中提到眼圖是多個(gè)比特位的信號疊加得到的測量結果，所以測試中需要注意眼圖是由多少個(gè)比特組成的？

使用常規的實(shí)時(shí)示波器來(lái)測量高速 串行信號的眼圖，在幾秒鐘內可以生成1萬(wàn)個(gè)比特疊加的眼圖。力科示波器使用了創(chuàng )新的XStream II專(zhuān)利技術(shù)，可以快速的生成眼圖，以SDA816Zi測量3.125Gbps的XAUI信號為例，大概幾秒就可以得到上百萬(wàn)個(gè)比特的眼圖。即使如此速 度，也很難直接測量到10 個(gè)比特的數據疊加得到的眼圖，與誤碼率聯(lián)系在一起，即BER=10 時(shí)的眼圖輪廓。假設每5秒測量到1M個(gè)比特的眼圖，測量10 的眼圖需要5*10 秒 = 1388.8小時(shí)，可見(jiàn)對于示波器來(lái)說(shuō)，測量BER=10 的眼圖是很有挑戰性的。如圖2所示為疊加了282萬(wàn)個(gè)比特的眼圖。

基于誤碼率的眼圖輪廓測試又稱(chēng)為BER Eye Contour測試，在抖動(dòng)測量的權威文檔MJSQ（Methodologies for Jitter and Signal Quality Specification的縮寫(xiě)）中提出用BERT scan方法來(lái)測量BER Eye Contour（見(jiàn)MJSQ Rev14.1的10.4.3節）。誤碼率測試儀BERT通過(guò)不斷調節延時(shí)時(shí)間得到在水平方向的特定決策點(diǎn)的誤碼率，同時(shí)可以測量到不同誤碼率的總體抖 動(dòng)，同理，在垂直方向調節門(mén)欄電壓，可以得到特定電壓的誤碼率。同時(shí)掃描水平方向的延時(shí)和垂直方向的門(mén)欄電壓并測量誤碼率，即可得到眼圖內任一個(gè)判決點(diǎn)的 誤碼率，將相同誤碼率的點(diǎn)連線(xiàn)，即可得到某個(gè)誤碼率的眼圖輪廓（通過(guò)BERT得到BER Eye Contour的詳細介紹可以參考BERT廠(chǎng)商的相關(guān)技術(shù)資料）。