關(guān)于DVD與高速串行總線(xiàn)抖動(dòng)測量技術(shù)

　　引言

　　隨著(zhù)計算機和通信系統總線(xiàn)速度的顯著(zhù)提高，特別是各種不同的采用內嵌時(shí)鐘技術(shù)的高速串行總線(xiàn)日益普及，定時(shí)抖動(dòng)已經(jīng)成為影響其性能的基本因素;而DVD普遍于國內外伴隨的品質(zhì)控制-抖動(dòng)問(wèn)題又成為廠(chǎng)商與用戶(hù)關(guān)注的焦點(diǎn).如何面對關(guān)系到系統成敗關(guān)鍵的這二個(gè)領(lǐng)域的具有共性的抖動(dòng)測量技術(shù)與方法是我們應研討重點(diǎn)方案。值此將所采的不同的新型和實(shí)用之測量技術(shù)作分折介紹。

　　1、作為新標準的DVD抖動(dòng)測量方法

　　1.1使用數字時(shí)間取樣和處理技術(shù)(TIA)的方法測量抖動(dòng)

　　使用數字處理方法讀取抖動(dòng)值。抖動(dòng)測量設備, 例如型號LEl875(S1版)和LEl870(抖動(dòng)測量設備)使用數字處理方法(即使用和TIA相同的處理方法)以讀取抖動(dòng)值。

　　由于抖動(dòng)基本上是一種隨機現象，源于光碟、光頭和驅動(dòng)器的特性，因此，根據測量的數據，利用統計的方法計算累積的結果，便能夠以SIGMA(西格碼)形式顯示出標準偏差的條帶圖，見(jiàn)圖1所示。

　　該條帶圖是由表示抖動(dòng)時(shí)間(周期)的水平軸和表示頻率分布的垂直軸所構成的抖動(dòng)圖。

　　由于抖動(dòng)可以被視為一種標準偏差(即是說(shuō)，數據按時(shí)間分布的偏差)，因此可以通過(guò)以下的公式獲得：其中Dn：時(shí)間數據 Xn：為頻率分布。

　　1.2、測量DVD的抖動(dòng)有以下兩種方法：

　　有All抖動(dòng)測量方法-按照DVD標準規格與3T抖動(dòng)測量方法-測量數據信號的脈沖寬度兩種方法。

　　*All-T抖動(dòng)測量

　　這種方法也叫做“DATA to CLOCK-數據到時(shí)鐘”測量法。DVD光碟上所記錄的8-16調制的脈沖串(即從3T到11T、14T)。All-T就是測量該脈沖串的全部上升沿、下降沿，并與一個(gè)鎖相環(huán)產(chǎn)生的時(shí)鐘信號進(jìn)行比較，見(jiàn)圖2所示。

　　*脈沖寬度Tw測量

　　這種方法主要用于測量CD的抖動(dòng)。CD光碟上所記錄的，是一種8-14調制(EFM)的脈沖群(即是說(shuō)，3T到11T)。脈沖寬度測量法就是測量每一脈脈沖寬度的抖動(dòng)。這種方法亦可以用于測量DVD，見(jiàn)圖3所示。

　　1.3、按照DVD標準規格的測量方法

　　以下的方框圖(見(jiàn)圖4所示表示符合DVD只讀光碟1.0版規格的信號流程(來(lái)自某一光頭)。因為,都是按照該DVD規格設計的(例如LEl875和LEl870)，所以采用了直接由符合該標準的光頭輸出的HF信號。其方框圖由高通濾波器、均衡器、低通濾波器、限幅器、鎖相環(huán)等組成，測量方式為全部邊沿上的抖動(dòng)。該電路只用于DVD重放機及其光頭檢查系統。

　　1.4、應用舉例-抖動(dòng)分析測量設備

　　1.41有抑制 和設防功能,特別適合RAM光碟抖動(dòng)的的LE1875抖動(dòng)分析測量?jì)x

　　LE 1875(S1版)是Leader先進(jìn)的抖動(dòng)分析測量設備儀，它采用了數字時(shí)間取樣和處理技術(shù)(TIA)，配合一個(gè)全彩色LCD顯示屏，可以提供快速、全面和精確的分析，便于研制、生產(chǎn)、品質(zhì)控制部門(mén)對DVD、DVD-RAM、CD、CD-R/RW進(jìn)行跟蹤檢測。如果選用可變均衡器，更便于通過(guò)直接的信號檢測輸入進(jìn)行測試。

　　特征：適用于RAM光碟的抖動(dòng)測試的功能；以信號輸入模式的脈沖寬度對DVD的抖動(dòng)進(jìn)行測量；輸入放大器的可選帶通濾波器，適用于待測抖動(dòng)成分的時(shí)間分析和校正。

　　*時(shí)距分析儀(TIA)可以處理DVD、DVD—RAM、CD和CD—R/RW；條帶圖彩色LCD顯示屏可以清晰地顯示出抖動(dòng)、歷程、RF數據幅度、均值Sigma(西格碼)讀數和時(shí)鐘；可測抖動(dòng)從3T至11T和14T；抖動(dòng)讀數以百分率(%)時(shí)鐘頻率和Sigma顯示；可測量在上升沿、下降沿以及兩種數據邊緣；可響應雙倍速度；長(cháng)時(shí)間測量Sigma和平均值讀數對時(shí)間的變化；高靈敏度-讀數可精確到在50mV或更高；可選50Ω/10MΩ/輸入阻抗使得可以使用10：1的探頭，以減少電路的負載；合格/不合格判斷預設輸入；容易設定和儲存；自動(dòng)限幅器符合DVD規格；出現跳隙等故障時(shí)，可設定延遲時(shí)間，抑制輸入，暫時(shí)中止測試；為RS-232C標準。

　　1.42 TIA高速、高精度抖動(dòng)測量的LE 1870抖動(dòng)分析儀

　　設計LE 1870抖動(dòng)儀的目的是為了測量符合DVD規格的DVD EFM PLUS時(shí)鐘信號的抖動(dòng)。此儀器可對CD和DVD信號進(jìn)行3T窄脈沖信號抖動(dòng)進(jìn)行測量。LE 1870采用TIA數字處理方法，實(shí)現了高速、高精度抖動(dòng)測量。較大的刻度盤(pán)和數字顯示使LE 1870特別適合于研制工作，生產(chǎn)部門(mén)和檢查部門(mén)。配合選件，此儀器還可對CD-R/RW進(jìn)行雙相位信號抖動(dòng)測量，故擁有LE 1870， 便可測量DVD，CD，CD-R/RW。

　　特征

　　*DVD測量；利用數字工作系統進(jìn)行高速和準確的測量,LE 1870采用TIA同樣的數字處理系統，提供更高速和更準確的測量；LE 1870可測量數據信號中的3T至11T和14T抖動(dòng)，并以sigma的形式顯示，同時(shí)亦可進(jìn)行3T窄脈沖的抖動(dòng)測量；抖動(dòng)值以%和SIGMA的形式顯示,抖動(dòng)值的顯示可以選擇以對應CLOCK信號的百分比計算單位，亦可以選擇SIGMA的形式絕對值表示抖動(dòng)。用百分比顯示時(shí)，儀器的自動(dòng)操作電路可以使精確度達到數據信號波動(dòng)的10%內；抖動(dòng)測量有三種極性,即抖動(dòng)的測量可以在數據信號的上升沿、下降沿以及兩個(gè)邊沿上進(jìn)行，測量模式有signal-signal測量和two-signal測量?jì)煞N；響應速度可達到兩倍,可以測量RF(數據)信號和再生的CLOCK信號之間的抖動(dòng)，并以SIGMA值顯示。

　　*一般功能

　　高靈敏的測量,可測數據信號的振幅可以超過(guò)50mVp-p；輸入阻抗可以任意選擇50Ω或者1MΩ；同時(shí)測量抖動(dòng)和RF信號電平，數據信號的峰值電平(p-p)由數字顯示；模擬顯示易于調節，數字顯示減少視差，LE1870兼有大型的模擬顯示刻度盤(pán)和較大的發(fā)光二極管數字顯示。抖動(dòng)測量的結果既可以選擇模擬顯示，亦可以選擇數字顯示；測量抑制，配備插座。當光碟重放發(fā)生類(lèi)似彈跳的故障時(shí)，這種輸入控制功能抑制抖動(dòng)的測量；各種監視器輸出,具有數據信號監視器的功能，其直流輸出與抖動(dòng)、電平指示成正比;內置自動(dòng)限幅功能，內置的自動(dòng)限幅功能符合DVD規格。

　　*生產(chǎn)線(xiàn)上的應用

　　合格/不合格判斷功能方便在線(xiàn)測量,合格/不合格判斷功能是在對比設定值和測量值的基礎上建立，利用LED指示并被輸出；遙控功能，抖動(dòng)測量和其他面板功能可以遙控實(shí)現。

　　*其余用途

　　可以測量CD-R/RW的每一抖動(dòng)，最高可達*32倍速度；對于CD-R/RW，可以測量雙相位信號的1T抖動(dòng);符合DVD標準規格的均衡器，進(jìn)行精確的測量通過(guò)選購的RF均衡器可以直接檢測生產(chǎn)線(xiàn)上發(fā)射的待測信號。

　　2、高速串行總線(xiàn)抖動(dòng)測量技術(shù)

　　2.1問(wèn)題的引來(lái)

　　越來(lái)越多的高速計算機和通信系統開(kāi)始采用高速串行總線(xiàn)在芯片間，背板間和系統設備間傳送高速數據。在數據傳輸過(guò)程中，任何微小的高速時(shí)鐘和數據抖動(dòng)都會(huì )對整個(gè)系統產(chǎn)生巨大的影響，在這種情況下，抖動(dòng)已經(jīng)成為設計高速數字系統成敗的關(guān)鍵。最典型的是傳統的33M PCI并行總線(xiàn)正在被采用高速串行技術(shù)的PCI-Express取代，而它的最新標準支持的數據率已經(jīng)到5Gb/S，一個(gè)U1的寬度僅200ps，任何微小的抖動(dòng)都會(huì )導致數據傳輸錯誤.從當前各種高速串行總線(xiàn)和數據鏈路的定時(shí)余量規范中表明，在數字系統中嚴格地控制抖動(dòng)是必須的。只有全面有效的測試和分析抖動(dòng)，其根本原因才能被隔離，從而針對引起系統抖動(dòng)的原因來(lái)減少抖動(dòng)，提高系統性能和穩定性。如PCI-Express、FBD、InfiniBand、SerialATA和DVI等高速總線(xiàn)都對于時(shí)鐘，數據抖動(dòng)有明確要求。

　　2.2示波器進(jìn)行的實(shí)時(shí)抖動(dòng)測試方法不失為實(shí)用可靠之方法。

　　針對高速串行總線(xiàn)抖動(dòng)可用示波器進(jìn)行的實(shí)時(shí)抖動(dòng)測試方法并探討影響抖動(dòng)測試結果的關(guān)鍵因素。

　　2.21典型的抖動(dòng)測試方法

　　*在了解抖動(dòng)測試前，明智選擇合適的抖動(dòng)測試工具和方法成為整個(gè)抖動(dòng)測試工作的首先。

　　為成功地設計高速數字系統，不僅需要理解什么是抖動(dòng)，計算抖動(dòng)的大小，還需要對不同的抖動(dòng)分量進(jìn)行隔離和分解，分析造成抖動(dòng)的原因，進(jìn)而避免在高速系統中出現抖動(dòng)造成的系統故障。在了解抖動(dòng)測試前，首先必須選擇合適的抖動(dòng)測試工具和方法。

　　2.22高性能數字示波器配備高速采集內存成為最流行的抖動(dòng)測試工具。

　　這是因為目前有幾種抖動(dòng)測試工具可供選擇，誤碼儀(BERT)直接測試系統的誤碼率，但是價(jià)位昂貴，功能單一，并不適合設計人員和調試人員；采用時(shí)間間隔分析儀測試抖動(dòng)也存在功能單一，抖動(dòng)分析能力不足的限制。

　　對于數字示波器而言，典型的抖動(dòng)測試方法主要有2種：

　　*即采用數字存儲示波器的等效采樣模式或直接使用采樣示波器，通過(guò)直方圖統計測量累計定時(shí)抖動(dòng).等效采樣的缺點(diǎn)是無(wú)法消除示波器自身的觸發(fā)抖動(dòng)對測試結果的影響，并且由于它采用的是多次觸發(fā)，多次采集，累計顯示的工作方式，對于電路設計和調試而言受到較多的限制，無(wú)法進(jìn)行深層的抖動(dòng)分析。另一個(gè)限制是該方法抖動(dòng)測試參數有限，例如不能測試周期間抖動(dòng)。

　　*更為流行的方法是采用數字存儲示波器的實(shí)時(shí)捕獲模式，單次．分析和抖動(dòng)分解得到每一個(gè)抖動(dòng)分量，幫助設計和測試人員分析抖動(dòng)產(chǎn)生的原因，甚至通過(guò)抖動(dòng)分解估算系統的誤碼率。例如，在有關(guān)抖動(dòng)和信號完整性方法論用泰克實(shí)時(shí)示波器配合TDSJIT3抖動(dòng)分析軟件進(jìn)行抖動(dòng)測試和分析。圖5是TDSJIT3實(shí)時(shí)抖動(dòng)測試結果。

　　2.3抖動(dòng)測試

　　抖動(dòng)可以描述為相鄰脈：中邊沿、甚至非相鄰脈；中邊沿周期或相位的定時(shí)變化。這些指標適合檢定長(cháng)期和短期的時(shí)鐘和數據穩定性。通過(guò)更加深入地分析抖動(dòng)指標，利用抖動(dòng)測試結果，預測復雜系統的數據傳輸性能。

　　周期抖動(dòng)用來(lái)衡量時(shí)鐘或數據周期樣點(diǎn)的邊沿到邊沿定時(shí)。例如，通過(guò)測量1000個(gè)時(shí)鐘周期上升沿之間的時(shí)間，可以對統計的周期取樣，統計數據會(huì )告訴您信號的質(zhì)量。標準偏差等價(jià)于日MS周期抖動(dòng)，最大周期減去最小周期，得到峰到峰周期抖動(dòng)。每個(gè)不同周期測量的精度決定著(zhù)抖動(dòng)測量的精度。

　　相位抖動(dòng)用來(lái)衡量被測信號邊沿相對于一個(gè)參考信號邊沿的時(shí)間偏差，從而可以檢測到信號相位中的任何變化。這一指標在許多方面不同于周期測量指標。第一，它單獨使用每個(gè)邊沿，而沒(méi)有使用“period”周期測量，它可以測量大的時(shí)間位移。邊沿相位可以偏離幾百或幾千度，但仍可以以非常高的精度進(jìn)行測量 (360度等于一個(gè)周期或循環(huán)時(shí)間)。測量相位誤差常用的指標是時(shí)間間隔誤差(TIE)，測量結果用相對于度的秒來(lái)表示。TIE把信號邊沿與參考邊沿匹配起來(lái)，對各邊沿之差相加計算總和。在比較了大量的邊沿之后，可以為分析提供一個(gè)樣點(diǎn)集合。與上面的周期測量一樣，標準偏差變成日MST TIE，最大時(shí)間減最小時(shí)間得到峰到峰值(peak-to-peak)TIE等等。TIE測試精度取決于構成樣點(diǎn)集合的各個(gè)測量的精度。圖6顯示的是對一個(gè)時(shí)鐘信號的不同抖動(dòng)測試參數。

　　2.4測試精度

　　任何設計人員選擇示波器進(jìn)行參數測量前都會(huì )通過(guò)產(chǎn)品的指標了解其測試精度，以保證足夠的容許誤差和測量余量，抖動(dòng)測試也不例外。抖動(dòng)測試精度受到許多因素的影響，主要包括示波器的定時(shí)穩定度、取樣噪聲、儀器幅度本底噪聲和內插誤差。

　　內插誤差是由在實(shí)際電壓樣點(diǎn)之間進(jìn)行線(xiàn)性?xún)炔鍖е碌恼`差。在測量100ps上升時(shí)間的信號、示波器以20GSa/s采樣率在50%電壓門(mén)限上進(jìn)行檢測時(shí)，這一誤差要小于0.3ps RMS。在許多情況下這一誤差可以使用示波器中的Sin(X)/X正弦內插及其它方法改善，例如充分利用示波器的垂直動(dòng)態(tài)范圍，使輸入信號幅度達到示波器滿(mǎn)刻度。在大多數情況下，這一原因導致的誤差會(huì )遠小于其它誤差源，并且通過(guò)使用如Sin(X)/X內插，可以進(jìn)一步減小這一誤差。

　　示波器采樣系統中定時(shí)元件的穩定性直接影響著(zhù)定時(shí)測量精度。如果時(shí)基有誤差，那么基于該時(shí)基進(jìn)行的測量會(huì )具有同等或更大的誤差。示波器中的時(shí)基穩定性包括參考時(shí)鐘、倍頻器、計數器等相關(guān)電路的穩定性。

　　3、結束語(yǔ)

　　上述針對當前DVD與高速串行總線(xiàn)二種不同領(lǐng)域的抖動(dòng)測試技術(shù)與和方法及測試實(shí)例作重點(diǎn)介紹。這僅是基本理念，具體如何測量與分析要根據不同的應用場(chǎng)合與精度來(lái)選定與運作。