加快和簡(jiǎn)化串行數據測試
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David Andres 是 Marvell Semiconductor 公司的一位設計工程師，提出了一種可加快串行/解串器（SerDes）接收器 BER 測試的方法；Chung Wu 是 Maxim Integrated Products 公司的產(chǎn)品定義師，運用眼圖模板來(lái)定義 SerDes 接收器的性能；Christopher J. Loberg 是 Tektronix 公司市場(chǎng)開(kāi)發(fā)高級經(jīng)理，利用波形發(fā)生器來(lái)創(chuàng )建測試信號。
Andres 花了數年時(shí)間來(lái)評估 SerDes 接收器。在那段時(shí)間，他開(kāi)發(fā)了一種技巧，使他在測試數十個(gè)器件時(shí)，可以將接收器測試時(shí)間從數小時(shí)縮短至數分鐘。在為 Marvell 的其他工程師構建其他評估系統時(shí)，他還發(fā)現了一些簡(jiǎn)化測試設置和降低成本的方法。
一些客戶(hù)要求 Andres 針對低達 10–18 的 BER（每 1018 個(gè)比特的誤碼少于 1 個(gè)）進(jìn)行測試，但大多數客戶(hù)均要求驗證每 1012 個(gè)比特的 BER。在這些誤碼比率下，速度為 2.5Gbps 的完整 BER 測試可能需要 6 分 40 秒。為了獲得 99% 的“不會(huì )出現一個(gè)比特誤碼”置信度，Andres 需要對每個(gè)器件運行至少 100 次 BER 測試，總測試時(shí)間超過(guò) 11 個(gè)小時(shí)。
由于 Andres 一般要為新設計、變更的設計、需要抽查的設計測試多達 50 個(gè)器件，因此需要縮短測試時(shí)間。通過(guò)設置一項提高誤碼出現概率的測試，Andres 可把每個(gè)器件的測試時(shí)間縮短至數秒。加快的測試為他帶來(lái)了足夠的“被測器件（DUT）將達到可接受的 BER 性能”的置信度。
添加時(shí)序變化
為了加快測試，Andres 為數據流添加了數量受控的時(shí)序變化（抖動(dòng)），使抖動(dòng)與眼圖模板規范重疊。在一項應用中，他利用 7 比特偽隨機比特序列（PRBS7），在眼圖模板內為每 127 個(gè)比特產(chǎn)生了 4 個(gè)邊沿。添加的抖動(dòng)產(chǎn)生了足夠的時(shí)序變化來(lái)預測接收器的性能。他還利用了 PRBS23、PRBS31 和其他比特模式。
Andres 結合兩種技巧為串行數據流添加受控的抖動(dòng)：過(guò)采樣和混頻。過(guò)采樣需使用速度四倍于相關(guān)比特率的模式發(fā)生器。他使用 10Gbps 模式發(fā)生器來(lái)構建 2.5Gbps PCI Express（PCIe）Generation 1 數據流。
為了從 10Gbps 信號得到穩定的 2.5Gbps 數據流，Andres 用 4 個(gè)連續1（或十六進(jìn)制的單個(gè) F）得到了 2.5Gbps 的單個(gè)的1比特，2.5Gbps 的單個(gè) 0 比特則是由 10Gbps 的 4 個(gè)連續的 0 比特得到的。然后，他移動(dòng)邊沿時(shí)序來(lái)創(chuàng )建抖動(dòng)。
Andres 說(shuō)：“借助 10Gbps 模式，就能把任何上升沿或下降沿的時(shí)序改變 0.25 個(gè)單位間隔（UI）。利用兩個(gè)邊沿，就能為信號添加 0.5 UI 的抖動(dòng)。還可以在模式中改變最差情形抖動(dòng)的位置。測試人員可以檢查許多不同位置，然后向設計師提供反饋，說(shuō)明模式中的弱點(diǎn)出現在何處。DUT 在一個(gè)方向能處理的抖動(dòng)比另一個(gè)方向高得多?！?BR>
圖 1 展現的是Andres 做法。上方的軌跡表明 2.5Gbps 的 4 個(gè)比特（1010），沒(méi)有添加抖動(dòng)（邊沿未移動(dòng)）。在 10Gbps 時(shí)，模式是由十六進(jìn)制 F0F0 表示的。下方的軌跡是 2.5Gbps 的一系列 4 比特（1,0,0,1），但 0 比特和隨后的 1 比特之間的上升沿提前 0.25 UI 出現了。
Andres 的實(shí)現方法是在 10Gbps 利用十六進(jìn)制 1（二進(jìn)制 0001）來(lái)代替二進(jìn)制 0000 后接十六進(jìn)制 F（二進(jìn)制 1111）。通過(guò)反復改變比特模式，Andres 能在 2.5Gbps 流中創(chuàng )建抖動(dòng)。
表 1 列出了 Andres 用于開(kāi)發(fā) PRBS7 模式的代碼。Pattern Data Line0002 中帶有下劃線(xiàn)的 4 個(gè)數字表示被縮短或延長(cháng) 0.25 UI 的比特。例如，“8”表示前一個(gè)比特的延遲下降沿，而“E”表示后一個(gè)比特的提前下降沿。
過(guò)采樣過(guò)程沒(méi)有為 Andres 提供足夠的抖動(dòng)以達到測試 PCIe 接收器所需的 0.65 UI 抖動(dòng)。圖 2 表明當比特邊沿侵入眼圖模板（鉆石）時(shí)，就會(huì )出現誤碼。Andres 利用混頻來(lái)添加正弦抖動(dòng)（Sj），以便覆蓋其余部分。事實(shí)上，他能產(chǎn)生足夠的時(shí)序變化來(lái)完全閉合眼圖。
圖 2 中標明閉合眼圖寬度的光標對應于比特邊沿之間的 39 皮秒時(shí)間，并表示眼圖閉合。波形上方的直方圖表明邊沿時(shí)序的分布。抖動(dòng)覆蓋大約 53 皮秒的范圍，抖動(dòng)的其余 14 皮秒來(lái)自數據相關(guān)抖動(dòng)（DDj）和隨機抖動(dòng)（Rj）。Andres 說(shuō)：“我不喜歡隨機抖動(dòng)，因為它很難量化和調試。隨機抖動(dòng)隨著(zhù)測量時(shí)間的延長(cháng)而增加?！?
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